JP2013097010A

JP2013097010A - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2013097010A
Application number: JP2011236697A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Ichimura; 照彦市村; Shigeki Kitamura; 茂樹北村; Hiroaki Ito; 弘晃伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】製造工程を単純化して第１の金属膜上に第２の金属層が積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜のみで形成されている領域からなるゲート配線を製造することができる液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置の製造方法であって、第１の金属膜３ｂ上に第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域からなるゲート配線３を、多階調マスクを用いて、感光性樹脂膜１２を、積層構造となる領域では膜厚の厚い厚膜部１２ａになり、ゲート電極３ａの少なくとも半導体層５と重なっている領域では厚膜部１２ａよりも膜厚の薄い薄膜部１２ｂになるようにそれぞれ複数のゲート配線３のパターンにするとともに、隣接するゲート配線３のパターン間の領域では第２の金属膜３ｃが露出するようにパターニングする工程を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、テレビあるいは携帯型情報端末などの様々な用途に用いられる液晶表示装置の製造方法に関する。

液晶表示装置に用いられるＴＦＴアレイのゲート配線は、特に液晶表示装置が大型化、高精細化するにつれて、その負荷が大きくなる。このため、ゲート配線の膜厚を厚くしたり、構造を複層構造にしたりして、ゲート配線の負荷を低減して、配線抵抗による信号の歪み、減衰、遅れ等を低減している。このような液晶表示装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平１−２２７１２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された液晶表示装置では、透明導電膜上に金属膜が積層された積層構造を有するゲート配線が、透明導電膜を成膜してフォトリソグラフィでパターン化され、さらに、その上に金属膜を成膜してフォトリソグラフィでパターン化されて製造されている。したがって、積層構造を有するゲート配線を製造する際には、透明導電膜と金属膜とに対してそれぞれフォトマスクを準備してフォトリソグラフィによってゲート配線を形成しなければならず、製造工程が複雑化するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程を単純化して第１の金属膜と第２の金属膜とが２層積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜のみで形成されている領域からなるゲート配線を製造することができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、透明基板上に、ゲート電極を有する複数のゲート配線と、前記ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を介して形成された半導体層と、該半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極に電気的に接続された、複数の前記ゲート配線に交差するように配置された複数のソース配線と、前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備え、前記ゲート配線は、第１の金属膜上に該第１の金属膜とは異なる材料からなる第２の金属膜が積層された積層構造を有するとともに、前記ゲート電極は、少なくとも前記半導体層と重なっている領域が前記第１の金属膜のみで形成されている液晶表示装置の製造方法であって、前記透明基板上に前記第１の金属膜および前記第２の金属膜を順に形成する工程と、前記第２の金属膜上に感光性樹脂膜を形成する工程と、多階調マスクを用いたフォトリソグラフィによって、前記感光性樹脂膜を、前記積層構造となる領域では膜厚の厚い厚膜部になり、前記ゲート電極の少なくとも前記半導体層と重なっている領域では前記厚膜部よりも膜厚の薄い薄膜部になるようにそれぞれ複数の前記ゲート配線のパターンにするとともに、隣接する前記ゲート配線のパターン間の領域では前記第２の金属膜が露出するようにパターニングする工程と、パターニングされた前記感光性樹脂膜をエッチングマスクとして、前記第２の金属膜および前記第１の金属膜を、前記ゲート電極を有する複数の前記ゲート配線のパターンにエッチングする工程と、前記感光性樹脂膜の前記薄膜部を除去して該薄膜部の下に位置する前
記第２の金属膜が露出するように、パターニングされた前記感光性樹脂膜をアッシングする工程と、アッシングされた前記感光性樹脂膜をエッチングマスクとして、露出した前記第２の金属膜をエッチングして、前記第１の金属膜のみで形成されている領域を形成する工程と、前記感光性樹脂膜を除去して、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜が積層された積層構造を有する領域および前記第１の金属膜のみで形成されている領域からなる前記ゲート配線を形成する工程と、前記半導体層、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ソース配線および前記画素電極をそれぞれ形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、製造工程を単純化して第１の金属膜と第２の金属膜とが２層積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜のみで形成されている領域からなるゲート配線を製造することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を用いた液晶表示装置の画素領域の平面図である。図１に示す液晶表示装置であって、（ａ）は、図１の液晶表示装置のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図１の液晶表示装置のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を用いた他の例の液晶表示装置の画素領域の平面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を用いた他の例の液晶表示装置の画素領域の平面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。図１に示す液晶表示装置の製造工程断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ線に沿った製造工程断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を用いた他の例の液晶表示装置の画素領域の平面図である。

＜実施の形態＞
以下、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１乃至図５を参照しながら説明する。

まず、実施の形態に係る液晶表示装置１について説明する。液晶表示装置１は、図１乃至図２に示すような以下の構成を有している。

液晶表示装置１は、透明基板２上に、ゲート電極３ａを有する複数のゲート配線３と、ゲート電極３ａ上に、ゲート絶縁膜４を介して形成された半導体層５と、半導体層５上にそれぞれ形成されたソース電極６およびドレイン電極７と、ソース電極６に電気的に接続された、複数のゲート配線３に交差するように配置された複数のソース配線８と、ドレイン電極７に電気的に接続された画素電極９とを備えている。そして、ゲート配線３は、第１の金属膜３ｂ上に第１の金属膜３ｂとは異なる材料からなる第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有するとともに、ゲート電極３ａは、少なくとも半導体層５と重なっている領域が第１の金属膜３ｂのみで形成されている。

液晶表示装置１は、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いた薄膜トランジスタ駆動方式の液晶表示装置である。

透明基板２は、例えば、ガラス、プラスチック等の透光性を有する材料からなり、透明基板２上には、一方向にゲート電極３ａを有する複数のゲート配線３が設けられている。

ゲート配線３は、第１の金属膜３ｂ上に第１の金属膜３ｂとは異なる材料からなる第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有している。そして、ゲート配線３のゲート電極３ａは、少なくとも半導体層５と重なっている領域が第１の金属膜３ｂのみで形成されている。なお、第２の金属膜３ｃは、ゲート配線３の低抵抗化を図るために形成されている。

液晶表示装置１では、図１乃至図２に示すように、ゲート電極３ａは半導体層５と重なっている領域のみが第１の金属膜３ｂで形成されているが、第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域は、これには限らない。ゲート電極３ａの第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域は、図３の液晶表示装置１Ａに示すように、半導体層５の幅よりも大きい幅でゲート電極３ａの幅方向にわたって形成されていてもよい。

また、ゲート電極３ａの第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域は、図４の液晶表示装置１Ｂに示すように、半導体層５の外周よりも大きくなるように形成されていてもよい。

このように、ゲート電極３ａは、半導体層５と重なっている領域よりも大きな領域が第１の金属膜３ｂのみで形成されているので、例えば、レーザーアニールによる再結晶化の場合には、放熱により大きく結晶性が左右されるが、より広い領域を確保することによってより良い結晶性を得ることができる。

ゲート配線３は、第１の金属膜３ｂおよび第２の金属膜３ｃからなる積層構造を有しているが、第１の金属層３ａは、例えば、モリブデン、クロム、チタン、タングステン等またはこれらを含む合金からなり、また、第２の金属層３ｃは、例えば、タングステン、クロム、アルミニウム等またはこれらを含む合金からなる。

第１の金属膜３ｂおよび第２の金属膜３ｃの膜厚は、同じ膜厚であっても異なった膜厚であってもよい。また、第１の金属膜３ｂの膜厚は、例えば、０．０５（μｍ）〜０．１（μｍ）、第２の金属膜３ｃの膜厚は、例えば、０．１（μｍ）〜０．３（μｍ）に設定されている。そして、複数のゲート配線３を覆うようにゲート絶縁膜４が設けられている
。

ゲート絶縁膜４上には、薄膜トランジスタの半導体層５がゲート配線３のゲート電極３ａ上に位置するように設けられている。半導体層５は、例えば、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン等である。そして、半導体層５を覆うように第１の層間絶縁膜１０が設けられている。薄膜トランジスタの半導体層５は、チャネル領域を挟んで一方側にはソース電極６が設けられ、他方側にはドレイン電極６が設けられている。また、ゲート絶縁膜４は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等からなる。

ソース電極６は、第１の層間絶縁膜１０に設けられたスルーホール１０ａを介してソース配線８に電気的に接続されている。そして、ソース配線８はゲート配線３に互いに交差するように配置されている。また、ドレイン電極７は、第１の層間絶縁膜１０および第２の層間絶縁膜１１に設けられたスルーホールを介して画素電極９に電気的に接続されている。また、第１の層間絶縁膜１０は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等からなる。また、第２の層間絶縁膜１１は、例えば、アクリル系樹脂等からなる。

複数のソース配線８と複数のゲート配線３とは互いに交差するように配置されており、複数のゲート配線３および複数のソース配線８によって囲まれた領域を画素領域としている。そして、各画素領域内には四角形状を有する画素電極９が、例えば、ＩＴＯ等からなる透明導電膜で設けられている。

液晶表示装置１では、透明基板２の画素領域内に四角形状を有する画素電極９が設けられ、透明基板２に対向する透明基板に設けられた共通電極との間で電界を発生させて液晶分子の方向を制御する縦電界方式の構成を採用しているが、この方式に限定されるものではなく、透明基板２に設けられた画素電極および共通電極との間で電界を発生させて液晶分子の方向を制御する横電界方式の構成を採用してもよい。この横電界方式の液晶表示装置では、画素電極９は、例えば、屈曲した形状にしてデュアルドメイン構造にしてもよい。

液晶表示装置１では、ゲート配線３が、第１の金属膜３ｂ上に第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有するため、ゲート配線３が低抵抗化される。これによって、ゲート配線３の負荷を低減して、ゲート配線３の配線抵抗による信号の歪み、減衰、遅れ等を低減することができる。

また、液晶表示装置１が、アモルファスシリコンをレーザーアニールによって低温ポリシコンとした半導体層５で構成されている場合には、ゲート電極３ａは、少なくとも半導体層５と重なっている領域が第１の金属膜３ｂのみで形成されているので、レーザーアニールによってアモルファスシリコンの溶融および再結晶化時の放熱が、積層構造になっている場合よりも遅くなるため、半導体層５を安定した低温ポリシリコンで形成することができる。

なお、ゲート配線３が、第１の金属膜３ｂ上に第１の金属膜３ｂとは異なる材料からなる第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有し、ゲート配線３のゲート電極３ａが少なくとも半導体層５と重なっている領域を第１の金属膜３ｂのみで形成することができる構成であれば、本発明の液晶表示装置の製造方法を採用することができる。

次に、実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。なお、図５乃至図１５は、図１の液晶表示装置の製造工程断面図であり、各図の（ａ）は、図１の液晶表示装置のＡ−Ａ線に沿った製造工程断面図、各図の（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った製造工程断面図である。

まず、図５に示すように、透明基板２上に第１の金属膜３ｂおよび第２の金属膜３ｃを順に形成する。例えば、第１の金属膜３ｂはモリブデンが、第２の金属膜３ｃはタングステンが、それぞれスパッタリング法によって透明基板１上に順に形成される。

次に、図６に示すように、第２の金属膜３ｃ上に感光性樹脂膜１２を形成する。感光性樹脂膜１２は、例えば、スピンコート法によって第２の金属膜３ｃ上に形成される。

次に、図７に示すように、多階調マスクを用いたフォトリソグラフィによって、図７（ａ）に示すように、感光性樹脂膜１２を、第１の金属層３ｂと第２の金属層３ｃとの積層構造となる領域では膜厚の厚い厚膜部１２ａになり、ゲート電極３ａの少なくとも半導体層５と重なっている領域では厚膜部１２ａよりも膜厚の薄い薄膜部１２ｂになるように、それぞれ複数のゲート配線３のパターンに加工する。そして、図７（ｂ）に示すように、隣接するゲート配線３のパターン間の領域では第２の金属膜３ｃが露出するようにパターニングする。

多階調マスクは、多段階の光量で感光性樹脂膜１２を露光することが可能なマスクであり、例えば、露光領域、半露光領域および未露光領域の３段階の光量で感光性樹脂膜１２に対して露光を行なうことができる。

この多階調マスクを用いて露光し、現像を行なうことによって、図７に示すように、厚膜部１２ａおよび薄膜部１２ｂのように膜厚の異なっている領域を有する感光性樹脂膜１２を形成することができる。ここで、例えば、図７（ａ）の膜厚の厚い厚膜部１２ａは未露光領域であり、膜厚の薄い薄膜部１２ｂは半露光領域である。また、図７（ｂ）の第２の金属膜３ｃが露出している領域は露光領域である。

次に、図８に示すように、パターニングされた感光性樹脂膜１２をエッチングマスクとして、図８（ｂ）に示すように、第２の金属膜３ｃおよび第１の金属膜３ｂを、ゲート電極２ａを有する複数のゲート配線２のパターンにエッチングする。なお、ウェットエッチングあるいはドライエッチング等を用いてエッチングする。

次に、図９に示すように、感光性樹脂膜１２の薄膜部１２ｂを除去して薄膜部１２ｂの下に位置する第２の金属膜３ｃが露出するように、パターニングされた感光性樹脂膜１２をアッシングする。このとき、パターニングされた感光性樹脂膜１２に薄膜部１２ｂが形成されているため、感光性樹脂膜１２をアッシングすることによって、感光性樹脂膜１２のうち薄膜部１２ｂの下に位置する第２の金属膜３ｃを露出させることができる。なお、アッシングは、気相中でオゾンまたはプラズマ等によって灰化することによって行なう。

次に、図１０に示すように、アッシングされた感光性樹脂膜１２をエッチングマスクとして、露出した第２の金属膜３ｃをエッチングして、第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域を形成する。なお、ウェットエッチングあるいはドライエッチング等を用いてエッチングする。

次に、図１１に示すように、感光性樹脂膜１２を除去して、第１の金属膜３ｂ上に第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域からなるゲート配線３を形成する。これによって、第１の金属膜３ｂおよび第２の金属膜３ｃに対してそれぞれフォトマスクを準備することなく、製造工程を単純化して第１の金属膜３ｂ上に第２の金属膜３ｃが積層された積層構造を有する領域および第１の金属膜３ｂのみで形成されている領域を有するゲート配線３を製造することができる。このように、多階調マスクを用いることによって、使用するフォトマスクの枚数を削減し
て、製造工程を減らすことができる。

次に、図１２に示すように、複数のゲート配線３を覆うようにゲート絶縁膜４を形成する。

次に、図１３に示すように、ゲート絶縁膜４上に半導体層５を形成して、半導体層５のチャネル領域を挟んで一方側にはソース電極６、他方側にはドレイン電極６をｎ＋アモルファスシリコンまたはイオンドーピングにて不純物層を形成する。そして、半導体層５を覆うように第１の層間絶縁膜１０を形成する。

次に、図１４に示すように、第１の層間絶縁膜１０に設けたスルーホール１０ａを介して第１の層間絶縁膜１０上に複数のゲート配線３と交差するように複数のソース配線７を形成する。そして、複数のソース配線７を覆うように第２の層間絶縁膜１１を形成する。

最後に、図１５に示すように、第１の層間絶縁膜１０および第２の層間絶縁膜１１に設けたスルーホールを介して第２の層間絶縁膜１１上の各画素領域に画素電極９をスパッタリング法によって透明導電膜でそれぞれ形成する。

本発明は、上述した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更および改良が可能である。例えば、図１６に示すように、ゲート電極３ａがゲート配線３の配線方向に垂直な方向に突出している構造を有する液晶表示装置１Ｃであっても、本発明の液晶表示装置の製造方法を適用することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ液晶表示装置
２透明基板
３ゲート配線
３ａゲート電極
３ｂ第１の金属層
３ｃ第２の金属層
４ゲート絶縁膜
５半導体層
６ソース電極
７ドレイン電極
８ソース配線
９画素電極
１０第１の層間絶縁膜
１０ａスルーホール
１１第２の層間絶縁膜
１２感光性樹脂膜
１２ａ厚膜部
１２ｂ薄膜部

Claims

透明基板上に、ゲート電極を有する複数のゲート配線と、前記ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を介して形成された半導体層と、該半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極に電気的に接続された、複数の前記ゲート配線に交差するように配置された複数のソース配線と、前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極とを備え、前記ゲート配線は、第１の金属膜上に該第１の金属膜とは異なる材料からなる第２の金属膜が積層された積層構造を有するとともに、前記ゲート電極は、少なくとも前記半導体層と重なっている領域が前記第１の金属膜のみで形成されている液晶表示装置の製造方法であって、
前記透明基板上に前記第１の金属膜および前記第２の金属膜を順に形成する工程と、
前記第２の金属膜上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
多階調マスクを用いたフォトリソグラフィによって、前記感光性樹脂膜を、前記積層構造となる領域では膜厚の厚い厚膜部になり、前記ゲート電極の少なくとも前記半導体層と重なっている領域では前記厚膜部よりも膜厚の薄い薄膜部になるようにそれぞれ複数の前記ゲート配線のパターンにするとともに、隣接する前記ゲート配線のパターン間の領域では前記第２の金属膜が露出するようにパターニングする工程と、
パターニングされた前記感光性樹脂膜をエッチングマスクとして、前記第２の金属膜および前記第１の金属膜を、前記ゲート電極を有する複数の前記ゲート配線のパターンにエッチングする工程と、
前記感光性樹脂膜の前記薄膜部を除去して該薄膜部の下に位置する前記第２の金属膜が露出するように、パターニングされた前記感光性樹脂膜をアッシングする工程と、
アッシングされた前記感光性樹脂膜をエッチングマスクとして、露出した前記第２の金属膜をエッチングして、前記第１の金属膜のみで形成されている領域を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜を除去して、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜が積層された積層構造を有する領域および前記第１の金属膜のみで形成されている領域からなる前記ゲート配線を形成する工程と、
前記半導体層、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ソース配線および前記画素電極をそれぞれ形成する工程と
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。