JP2005024940A

JP2005024940A - 液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005024940A
Application number: JP2003190833A
Authority: JP
Inventors: Toru Takeguchi; 徹竹口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP4818576B2

Abstract

【課題】製造工程を複雑化することなく、信頼性の高い液晶表示装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタにおける半導体膜２を覆う層間絶縁膜５と、層間絶縁膜の上に位置し、薄膜トランジスタのソースドレイン領域と導通するソースドレイン電極６と、ソースドレイン電極の上面の中央に開口部を有し、そのソースドレイン電極と層間絶縁膜とを覆うパッシベーション膜７と、平面的に見てパッシベーション膜の開口部を含むような開口部を有し、パッシベーション膜を覆う有機樹脂膜９と、ソースドレイン電極、パッシベーション膜および有機樹脂膜を覆う反射電極１２を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、より具体的には画素ごとに反射電極を備えた液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は、それ自体は発光せず、液晶を透過する外部の光を制御して表示機能を発現する。外部の光に液晶を透過させ表示機能を発現させる機構として、大別して次の２つの装置がある。（ａ１）バックライトを観察者から見て液晶より後方に配置し、そのバックライトが発する光に液晶を透過させる透過型液晶表示装置、および（ａ２）液晶に対して前方から光を透過させ、液晶より後方に配置した反射板によりその光を反射し液晶を後方から透過させる反射型液晶表示装置がある。また、（ａ３）透過型と反射型とを組み合せた反射／透過型液晶表示装置もある。
【０００３】
近年、低消費電力化の要求が高まり、表示する際にバックライトを必要とする透過型液晶表示装置に代わって、反射型液晶表示装置や、透過と反射とを組合せた反射／透過型液晶表示装置の開発が盛んに行なわれている。これら反射型液晶表示装置や反射／透過型液晶表示層では、液晶に電圧を印加する電極部に反射電極を備える。この反射電極については、反射率を高めて明るい表示を得ることや、下地の絶縁膜との密着性を良くすることや、また工程を複雑化することなく加工を容易化することのために、多くの提案がなされてきた（たとえば、特許文献１−５参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−０４７２０１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１９４６７７号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１１−２４２２４０号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開平１１−２１８７５１号公報
【０００８】
【特許文献５】
特開昭６０−１２３８８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような反射型液晶表示装置や反射／透過型液晶表示装置では、ソースドレイン電極（以下、ドレイン電極とする）と反射電極とを分ける必要がある。このため、たとえば窒化ケイ素膜のような無機絶縁膜からなるパッシベーション膜を成膜した後、そのパッシベーション膜にドレイン電極と反射電極との電気的導通を取るためのコンタクトホール（開口部）を形成する。この後、入射光を散乱させるための凹凸を形成し、次いでドレイン電極と反射電極との電気的導通を取るために、上記コンタクトホールと同じ位置にコンタクトホール（開口部）を有する有機樹脂膜が写真製版法により形成される。さらに、上記のように形成された、コンタクトホール内側を覆いドレイン電極と接する反射電極を有機樹脂膜の上に成膜する。この反射電極には、反射率の高いＡｌ膜またはＡｌ合金膜が用いられる。
【００１０】
上記のような製造方法においては、コンタクトホールはパッシベーション膜と有機樹脂膜との両方の同じ位置に形成する必要がある。このため、コンタクトホールの形成に対してのみ着目すれば、同一のマスクで２回の写真製版処理を行なうことになる。このため製造工程が複雑化することになる。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、製造工程を複雑化することなく、信頼性の高い液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、絶縁基板上に位置する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、その薄膜トランジスタの上に位置し、その薄膜トランジスタによって電圧を印加される液晶とを有する。この液晶表示装置は、薄膜トランジスタにおける半導体膜を覆う層間絶縁膜の上に位置し、薄膜トランジスタのソースドレイン領域と導通するソースドレイン電極と、ソースドレイン電極に対応する部分に第１の開口部を有し、そのソースドレイン電極と前記層間絶縁膜とを覆う無機絶縁膜と、平面的に見て第１の開口部を含むような第２の開口部を有し、無機絶縁膜を覆う有機樹脂膜と、第１の開口部および第２の開口部の内側を覆い、第１の開口部の底部でソースドレイン電極と接し、第２の開口部の底部の無機絶縁膜および第２の開口部を含む有機樹脂膜の一部を覆う反射電極を有する。
【００１３】
上記の液晶表示装置は、有機樹脂膜をマスクに用いて無機絶縁膜であるパッシベーション膜に開口部（コンタクトホール）を設けることができ、マスク枚数を減らし、製造工程を簡略化することが可能となる。上記の構造では、開口部は無機絶縁膜における開口よりも、その上の有機絶縁膜における開口のほうが大きいため、開口部に段差がついた構造となる。この構造は、後で詳しく説明するように、マスク形成工程を１つ省略しながら高い信頼性の液晶表示装置を形成したことの証左となるものである。なお、「絶縁基板の上」や「薄膜トランジスタの上」における「上」は、液晶表示装置の前方、言い換えれば視認者側を意味する。
【００１４】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、絶縁基板上に位置する薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタの上に位置し、その薄膜トランジスタのソースドレイン電極から電圧を印加される液晶とを有する液晶表示装置を製造する方法である。この製造方法は、ソースドレイン電極を被覆する無機絶縁膜およびその無機絶縁膜を被覆する有機樹脂膜を塗布する工程と、有機樹脂膜を写真製版法を用いて、ソースドレイン電極の上に第１の開口部（上記本発明の液晶表示装置の第２の開口部に対応する）を有するように有機樹脂膜をパターニングする工程とを有する。さらに、パターニングされ、第１の開口部を有する有機樹脂膜をマスクに用いて無機絶縁膜をパターニングし、ソースドレイン電極の上に第２の開口部（上記本発明の液晶表示装置の第１の開口部に対応する）を設ける工程と、無機絶縁膜をパターニングした後に、酸素プラズマ処理を行なう工程とを備える。
【００１５】
上記製造方法によれば、有機樹脂膜をマスクに用いて無機絶縁膜であるパッシベーション膜をパターニングすることができ、マスク枚数を減らし、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における反射電極を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の断面構造を示したものである。ガラスや樹脂などの絶縁基板１の上に、シリコン膜２が形成され、その上に層間絶縁膜５が配置されている。層間絶縁膜５の中には、シリコン膜２との間に絶縁膜を介在させて、ゲート電極３が設けられている。シリコン膜２中の一方のソースドレイン領域と電気的導通をとるソースドレイン電極４，６が形成されている。
【００１７】
ソースドレイン電極４，６は、コンタクトホール形成後に、スパッタ法によりソースドレイン電極用の金属膜をコンタクトホール内に充填することにより形成する。ソースドレイン電極の下部４はソースドレイン領域と接し、ソースドレイン電極の上部６は、層間絶縁膜５の上面に張り出すように形成されている。このソースドレイン電極に対応する領域に開口部８を有する無機絶縁膜、たとえば窒化ケイ素膜からなるパッシベーション膜７が、ソースドレイン電極の残りの部分および層間絶縁膜５を被覆している。パッシベーション膜７の開口部の側壁底部１４は、ソースドレイン電極の縁から内側に入った地点に位置する。
【００１８】
パッシベーション膜７の上に接して、ソースドレイン電極に対応する位置に開口部１１を有する有機樹脂膜９が配置される。有機樹脂膜９の開口部１１の側壁は、底部に向って孔径が小さくなるようなテーパが付いており、その側壁の底部１３は、パッシベーション膜７の開口部８の側壁底部１４より後退している。すなわち、有機樹脂膜９に設けられた開口部１１は、パッシベーション膜７に設けられた開口部８を含む大きさであり、パッシベーション膜７に設けられた開口部８よりも大きい。この開口部１１の底部に露出しているソースドレイン電極とコンタクトをとるように反射電極１２が設けられている。反射電極はＡｌまたはＡｌ合金により形成される。液晶は、ソースドレイン電極６から反射電極１２を経た電圧を配向膜（図示せず）を介在させて印加される。
【００１９】
次に、上記液晶表示装置の製造方法について説明する。ＴＦＴは、通常の製造方法により絶縁基板の上に形成する。次いで、Ｃｒ膜やＭｏ膜からなるドレイン電極まで形成したＴＦＴは、マトリックス状に配置される。ＴＦＴをマトリックス状に配列したマトリックス基板表面を覆うように、パッシベーション膜７として窒化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法により約１００ｎｍ成膜する。次に、有機樹脂膜を塗布する。次いで、写真製版により、露光し、現像処理することによって、コンタクトホールおよび入射光を散乱させるための凹凸を表面９ａに有する有機樹脂層間膜９を形成する。次に、２００℃の加熱処理によって有機樹脂膜の表面を硬化させる。
【００２０】
次に、上記の状態の有機樹脂膜をマスクとして、たとえば、ＣＦ_４／Ｏ_２ガスを用いたドライエッチング処理を行ない、窒化ケイ素膜７を加工して、薄膜トランジスタのソースドレイン電極６と、表示電極１２とを電気的に接続するためのコンタクトホール８，１１が形成される。この後、ドライエッチング処理に引続いて酸素プラズマ処理を行なうことにより、ドライエッチング中に堆積したカーボンやフッ化物を除去する。
【００２１】
このようにして、窒化ケイ素膜７の開口よりも有機樹脂膜９の開口が大きく、開口部において窒化ケイ素膜よりも有機樹脂膜が後退した有機樹脂膜／窒化ケイ素膜の段差が形成される。この段差において、有機樹脂膜の端縁部１３は、窒化ケイ素膜７の上に位置することになる。
【００２２】
次に、上記コンタクトホール内および有機樹脂膜９上に、スパッタ法によりＡｌ膜を約１００ｎｍ成膜する。その後、反射電極１２の形成は、フォトレジストパターンを写真製版法により形成し、これをマスクに用いて、リン酸・硝酸系の薬液によりＡｌ膜をエッチングすることにより行なわれる。このようにして、本発明による反射型液晶表示装置が完成する。
【００２３】
本実施の形態の液晶表示装置では、少なくとも薄膜トランジスタ電極と反射電極とを電気的に接続するコンタクトホール部分は、有機樹脂膜をマスクとしてパッシベーション膜を加工して、１回の写真製版工程で形成する。このため、マスク工程を削減でき、生産性を向上することができる。
【００２４】
反射電極に透過領域を設けて、上記基板上にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）やＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）膜などの導電性透明膜を成膜、加工すれば、反射／透過型液晶表示装置とすることもできる。
【００２５】
通常は、レジストマスクを用いてパッシベーション膜のコンタクトホールを形成する。しかし、上記のようにして完成した液晶表示装置においては、有機樹脂膜をパッシベーション膜のエッチングマスクとして利用することにより、マスク枚数を減らすことができ、製造工程を簡略化することができる。この結果、有機樹脂膜の開口の端縁は、パッシベーション膜を構成する無機絶縁膜の上に位置するように後退し、かつ上広がりのテーパがつくことになる。このような上記の開口部でのパッシベーション膜と有機絶縁膜との段差や有機樹脂膜における上広がりのテーパによる悪影響はまったく認められない。
【００２６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における反射電極を有する薄膜トランジスタの断面構造を示す図である。本実施の形態では、反射電極を２層構造で構成している点に特徴がある。表面側の層はＡｌまたはＡｌ合金膜で形成し、液晶と逆側の背面電極層に高融点金属を用いている。ここで、表面側は液晶表示装置の前方側、すなわち視認者側であり、背面側はその背面を意味する。他の部分の構造は実施の形態１の液晶表示装置と同じである。製造方法も、パッシベーション膜７と、有機樹脂膜９とに、ソースドレイン電極とコンタクトをとるための開口を設ける段階までは、図１の液晶表示装置の製造方法と同じである。
【００２７】
上記の開口８，１１を設けた後、次に、上記コンタクトホール内および有機樹脂膜上にスパッタ法によりモリブデン（Ｍｏ）を、背面側電極層２２として約２５ｎｍ成膜する。さらに、その上に表面側電極層２３として、Ａｌ膜を同じくスパッタ法により、約１００ｎｍ成膜する。その後、電極層の上にフォトレジストパターンを写真製版法により形成し、これをマスクに用いて、リン酸・硝酸系の薬液により上記Ｍｏ膜とＡｌ膜との積層膜を連続してエッチングして、反射電極を形成する。上記の処理工程を経て、本実施の形態による反射型液晶表示装置が完成する。
【００２８】
反射電極がＡｌ膜またはＡｌ合金膜の背面に、有機樹脂膜からの脱ガスの影響を受けにくい高融点金属膜を備える積層構造とすることにより、薄膜トランジスタ電極と反射電極とを電気的に接続するコンタクトホールを１回の写真製版工程で形成しても、コンタクトホール部での有機樹脂膜界面段差部での反射電極の段切れの発生を抑えることができる。
【００２９】
反射電極に透過領域を設けて、上記基板上にＩＴＯやＩＺＯ膜などの導電性透明膜を成膜し、加工すれば、反射／透過型液晶表示装置とすることもできる。
【００３０】
上記のようにして完成した液晶表示装置においては、有機樹脂膜表面に酸素プラズマ処理を施したことによる影響を受けて発生しやすい開口部での有機樹脂膜の開口端縁における反射電極の段切れは全くなく、反射率の低下も見られなかった。
【００３１】
ここで、反射電極の背面電極として、高融点金属のＭｏ膜を使用したが、たとえばＴｉ膜またはＣｒ膜のような高融点金属でもよい。これらの高融点金属を用いることにより、有機樹脂膜からの脱ガスの影響を受けにくくなり、有機樹脂膜の開口端縁での段切れの発生を完全に抑えることができる。
【００３２】
また、反射電極の背面電極膜の膜厚をここでは２５ｎｍとしたが、５〜５０ｎｍの厚みであればよい。５ｎｍより薄いと段切れ防止効果が小さくなり、また５０ｎｍを超えると背面電極膜の表面粗さの影響を受けて観察側のＡｌ膜表面が荒れるため、反射率低下が顕著になり表示特性上好ましくない。図３は、反射率に及ぼす背面側電極層の厚みの影響を示す図である。この図では、反射電極の全厚さは１００ｎｍと一定にしている。
【００３３】
図３において、背面側電極層の厚みが１００ｎｍとは背面側電極の材質Ｍｏ単層で反射電極を形成した場合を示し、この構成では、上述したように反射率は最も低い。また、背面側電極層を設けずに、Ａｌ単層で反射電極を構成した場合、反射率は低くなり、とくに波長域４００ｎｍ〜５００ｎｍで小さくなる。背面側電極層の厚みを２５ｎｍとした場合、波長域３５０ｎｍ〜４５０ｎｍでとくに高い反射率を得ることができる。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、製造工程を複雑化することなく、薄膜トランジスタの電極と反射電極とを電気的に接続するためのコンタクトを形成することができる。また、反射電極を積層構造として背面側電極層にＭｏなどの高融点金属を用いることにより、前記コンタクトホール部での反射電極の段切れを防止することができる。さらに反射電極の表面に表面粗さを意図的に導入することにより、反射率の低下を抑えることができる。このため低コストで明るい表示特性を有する液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の断面図である。
【図３】反射電極の積層構造と反射率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１絶縁基板、２シリコン膜、３ゲート電極、４ソースドレイン電極下部、５層間絶縁膜、６ソースドレイン電極上部、７パッシベーション膜（無機絶縁膜）、８パッシベーション膜開口部、９有機樹脂膜、９ａ有機樹脂膜表面、１１有機樹脂膜開口部、１２アルミ電極（単層）、１３パッシベーション膜上の有機樹脂膜の開口端縁、１４ソースドレイン電極上のパッシベーション膜の開口端縁、２２背面側電極層、２３表面側電極層。

Claims

絶縁基板上に位置する薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタの上に位置し、その薄膜トランジスタによって電圧を印加される液晶とを有する液晶表示装置であって、
前記薄膜トランジスタにおける半導体膜を覆う層間絶縁膜の上に位置し、前記半導体膜のソースドレイン領域と導通するソースドレイン電極と、
前記ソースドレイン電極に対応する部分に第１の開口部を有し、そのソースドレイン電極と前記層間絶縁膜とを覆う無機絶縁膜と、
平面的に見て前記第１の開口部を含むような第２の開口部を有し、その無機絶縁膜を覆う有機樹脂膜と、
前記第１の開口部および前記第２の開口部の内側を覆い、前記第１の開口部の底部で前記ソースドレイン電極と接し、前記第２の開口部の底部の前記無機絶縁膜および前記第２の開口部を含む有機樹脂膜の一部を覆う反射電極を有する、液晶表示装置。
前記反射電極が、液晶側に位置する表面電極層と、それより背面側に位置する背面電極層との積層構造で形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射電極がＡｌ膜およびＡｌ合金膜のいずれかで形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記表面電極層がＡｌ膜およびＡｌ合金膜のいずれかで形成され、また前記背面電極層が高融点金属層で形成されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
前記高融点金属層が、モリブデン膜およびモリブデン合金膜のいずれかで形成されている、請求項４に記載の液晶表示装置。
前記背面電極層の厚みが、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある、請求項２〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
絶縁基板上に位置する薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタの上に位置し、その薄膜トランジスタのソースドレイン電極から電圧を印加される液晶とを有する液晶表示装置を製造する方法であって、
前記ソースドレイン電極を被覆する無機絶縁膜およびその無機絶縁膜を被覆する有機樹脂膜を塗布する工程と、
前記有機樹脂膜を写真製版法を用いて、前記ソースドレイン電極の上に第１の開口部を有するように有機樹脂膜をパターニングする工程と、
前記パターニングされ、前記第１の開口部を有する有機樹脂膜をマスクに用いて前記無機絶縁膜をパターニングし、前記ソースドレイン電極の上に第２の開口部を設ける工程と、
前記無機絶縁膜をパターニングした後に、酸素プラズマ処理を行なう工程とを備える、液晶表示装置の製造方法。
前記酸素プラズマ処理を行なった後に、前記ソースドレイン電極に接する反射電極を形成する工程を備え、その反射電極を、液晶側の表面電極層と、それより背面側の背面電極層とを有する積層構造として、前記背面電極層を高融点金属によって形成する、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。