(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に設けられたスイッチング素子と、該スイッチング素子のゲート電極を各列毎に接続された走査線と、該スイッチング素子のドレイン電極と接続された画素電極と、該スイッチング素子のソース電極を各列毎に接続された基準信号線と、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線を絶縁保護するゲート絶縁膜とを有する画素基板と、
該画素電極の各々に対向する対向電極と該対向電極を行毎に接続する表示信号線とを有する対向基板と、
該画素基板および該対向基板の各々の対向する両面に設けられる配向膜と、
該対向基板と該画素基板との間に封入された液晶層とからなる、液晶表示装置において、
該走査線および該基準信号線が複数本ストライプ状に形成され、
該画素電極の端部が該走査線に平面的に重畳し、
該画素電極の中央部が該基準信号線に平面的に重畳し、
該走査線、該ゲート電極および該基準信号線が単層もしくは多層の導電材料からなり、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線の側壁が約１０度以上３０度以下のテーパ形状を有し、高開口率を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
走査線、ゲート電極および基準信号線がタンタルのみの単層構造またはタンタルと下層の窒化タンタルの２層構造からなり、かつ該走査線、該ゲート電極および該基準信号線がタンタル陽極酸化膜を有しないことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記画素基板の走査線、ゲート電極および基準信号線を、基板上に配線膜を形成し、該配線膜をパターン形成するとともに、側壁に約１０度以上３０度以下のテーパ形状を形成することによって形成し、
前記ゲート絶縁膜を、前記走査線、前記ゲート電極および前記基準信号線の表面の陽極酸化を行うことなく、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線上に形成し、
前記画素電極を、前記走査線および前記基準信号線に平面的に重畳させて形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を備えた液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、図５に示すように、液晶層に電圧を印加するための複数の画素電極９がマトリクス状に形成されている。この画素電極９を、選択的に駆動するために、スイッチング素子８がアクティブマトリクス基板に形成されて画素電極９に接続されている。
【０００３】
特開平５−２７２６４号公報や特開平７−１２８６８７号公報には、図７に示すように、マトリクス状に設けられたスイッチング素子８と、該スイッチング素子８のゲート電極を各列毎に接続された走査線５と、該スイッチング素子８のドレイン電極と接続された画素電極９と、該スイッチング素子８のソース電極を各列毎に接続された基準信号線６と、該走査線５または該ゲート電極または該基準信号線６を絶縁保護するゲート絶縁膜とを有する画素基板２と、該画素電極９の各々に対向する対向電極と該対向電極を行毎に接続する表示信号線４とを有する対向基板３と、該対向基板３と画素基板２との間に封入された液晶層とからなる、液晶表示装置が開示されている。
【０００４】
このような構造の液晶表示装置は、同一の基板上で、走査線５と基準信号線６が交差することがないため、短絡が発生しにくい特長を有している。しかし、ゲート電極部の不良率を１桁％以下に抑えなければならないためにアルミニウムやタンタルを走査線５の材料に用いる場合は、図６及び図８に示すようにこれらの金属の表面の陽極酸化をおこなって陽極酸化によるゲート絶縁膜１２ａとＣＶＤによるゲート絶縁膜１２ｂとを積層した、２層ゲート絶縁膜構造とすることにより短絡不良を低減することもできる。上記に記載した構造の液晶表示装置は構造がシンプルであるために、製造プロセスが簡素化されそのために、製造備金額を大幅に低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造の液晶表示装置を、実用化するためには下記の課題があった。
【０００６】
走査線５と基準信号線６との間の短絡不良対策には有効であるが、ゲート電極部において、層間絶縁膜のクラックとピンホールの発生を防止する対策が不十分であった。また、経時的に発生するクラックを防止することが困難であった。本発明は、このような課題を解決し、層間絶縁膜のクラックとピンホールの発生を防止し信頼性の高い液晶表示装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、マトリクス状に設けられたスイッチング素子と、該スイッチング素子のゲート電極を各列毎に接続された走査線と、該スイッチング素子のドレイン電極と接続された画素電極と、該スイッチング素子のソース電極を各列毎に接続された基準信号線と、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線を絶縁保護するゲート絶縁膜とを有する画素基板と、該画素電極の各々に対向する対向電極と該対向電極を行毎に接続する表示信号線とを有する対向基板と、該画素基板および該対向基板の各々の対向する両面に設けられる配向膜と、該対向基板と該画素基板との間に封入された液晶層とからなる、液晶表示装置において、該走査線および該基準信号線が複数本ストライプ状に形成され、該画素電極の端部が該走査線に平面的に重畳し、該画素電極の中央部が該基準信号線に平面的に重畳し、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線が単層もしくは多層の導電材料からなり、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線の側壁が約１０度以上３０度以下のテーパ形状を有し、高開口率を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、走査線、ゲート電極および基準信号線がタンタルのみの単層構造またはタンタルと下層の窒化タンタルの２層構造からなり、かつ該走査線、該ゲート電極および該基準信号線がタンタル陽極酸化膜を有しないことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載の液晶表示装置の製造方法は、請求項１記載の液晶表示装置の製造方法であって、前記画素基板の走査線、ゲート電極および基準信号線を、基板上に配線膜を形成し、該配線膜をパターン形成するとともに、側壁に約１０度以上３０度以下のテーパ形状を形成することによって形成し、前記ゲート絶縁膜を、前記走査線、前記ゲート電極および前記基準信号線の表面の陽極酸化を行うことなく、該走査線、該ゲート電極および該基準信号線上に形成し、前記画素電極を、前記走査線および前記基準信号線に平面的に重畳させて形成することを特徴とする。
【００１１】
以下、上記構成による作用を説明する。
走査線および基準信号線を複数本ストライプ状に形成し、画素電極の端部を走査線に平面的に重畳させ、画素電極の中央部を基準信号線に平面的に重畳させることによって、高開口率を実現することができる。
また、走査線、ゲート電極および基準信号線の側壁を１０〜３０度のなだらかで緩いテーパ形状とすることにより、走査線、ゲート電極および基準信号線の幅を小さくできるので、開口率が大きくなり液晶表示装置の特性を向上させる効果を奏する。しかも、走査線、ゲート電極および基準信号線を覆うゲート絶縁膜のステップカバレッジを大幅に向上させることが可能となるので、走査線、ゲート電極および基準信号線を覆うゲート絶縁膜のクラックとピンホールの発生を防止することができる。
また、走査線、ゲート電極および基準信号線を覆うゲート絶縁膜のステップカバレッジが良好であるので、走査線、ゲート電極および基準信号線の陽極酸化を行って保護しておく必要がなくなる。したがって、陽極酸化膜の膜厚の分だけ、走査線、ゲート電極および基準信号線の幅を小さくでき、開口率の向上を実現できる効果を奏する。また、走査線、ゲート電極および基準信号線の表面を金属膜として維持し、配線抵抗を小さくできるので、特に比抵抗の小さなアルミニウム系の電極材料を使用せず、タンタル系の電極材料を使用しても、良好な大型の液晶表示装置を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に説明する。
（実施の形態１）
本発明の透過型液晶表示装置１の構造を図４の斜視図に示す。画素基板２と対向基板３の間には液晶（図示せず）が注入されている。対向基板３上には対向電極がほぼストライプ状に形成されている。また、画素基板２上には、走査線５および基準信号線６が複数本ストライプ状に形成されている。従来例を図７に示しているが、本実施の形態１は、複数の画素電極９の端部が走査線５に平面的に重畳するか、もしくは互いに近接し、画素電極９のほぼ中央部が基準信号線６に平面的に重畳して高開口率を実現する。
【００１３】
画素基板２の製造方法を、図２の構造を示す断面図を用いて詳しく説明する。まず、図２（ａ）に示すように、基板１３上にスパッタ装置などにより、アルミニウムやタンタル系の単層あるいは多層配線膜を積層する。たとえば窒化タンタル／タンタル／窒化タンタルをそれぞれ５０ｎｍ／３４０ｎｍ／７０ｎｍ積層する。通常、多層膜の場合は各層でエッチング速度が異なるため、なだらかなテーパ形状を形成することが困難であるが、本実施の形態１では以下の条件で確実に目標とする１０度以上３０度以下のテーパ形状を実現することが確認できた。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、金属膜１０の上にスピンコータやロールコータを用いてレジスト膜１１を塗布する。次に、図２（ｃ）に示すようにフォトリソグラフィ法により、レジスト膜１１をパターニングする。この時、現像後のポストベーク時の熱処理温度を１５０〜１７０℃と高めに設定することにより、レジスト膜１１の側壁をなだらかなテーパ形状とすることができる。本実施の形態１では、塗布装置ＳＫ−７００Ｇ（大日本スクリーン社製）を用い、フォトレジスト１１としてＴＦＲ−７９０（東京応化製）を塗布し、温度１１０℃でプリベークし、露光時間１．６５秒で露光した後６０秒間現像し、１６０℃の温度でポストベークすることにより膜厚２μｍのフォトレジスト１１のパターンを形成した。
【００１５】
次に、図２（ｄ）に示すように、金属膜１０をエッチングの終点直前まで、ドライエッチングして金属膜１０の形状を得る。このように第１次のエッチングをＲＩＥ法により行うことにより、希望するテーパ角度θが得られる。例えば本実施の形態１では、第１次のエッチングとしてＲＩＥ装置（ＭＥＡ−６００Ｒ東京エレクトロン社製）を用いて、ガス圧力は４２０ｍＴｏｒｒ、ＣＦ4ガス流量は８８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量は２２０ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは２０００Ｗ、電極ギャップは１５０ｍｍ、電極設定温度は７０℃、放電時間は１５０秒として、一次エッチングを行った。上記条件で窒化タンタルとタンタルの２層構造をエッチングした結果、希望する１０〜３０度のテーパ形状が得られた。
【００１６】
次に図２（ｅ）に示すように、互いに隣接する走査線５と基準信号線６の間に僅かに残った金属膜１０をエッチングの終点まで第２次のドライエッチングを行って金属膜１０を除去し、走査線５と隣接する基準信号線６を形成した。この第２次のエッチングはＲＩＥ装置（ＭＥＡ−６００Ｒ東京エレクトロン社製）を用い、ガス圧力は２００ｍＴｏｒｒ以下の低圧力雰囲気で行った。このとき、エンドポイントディテクター（ＥＰＤ）を用い数％のオーバーエッチングを行って放電を停止すると、互いに隣接する走査線５と基準信号線６の間に残った金属膜１０が基板全面に亙って除去された。上記条件で窒化タンタルとタンタルの２層構造をエッチングした結果、希望するなだらかな１０〜３０度のテーパ形状が得られた。
【００１７】
このような第２次のエッチングもＲＩＥ装置（ＭＥＡ−６００Ｒ東京エレクトロン社製）を用い、ガス圧力は１５０ｍＴｏｒｒ、ＣＦ4ガス流量は３８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量は１２０ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは２４００Ｗ、電極ギャップは１５０ｍｍ、電極設定温度は７０℃、放電時間はＥＰＤで検出後、追加のエッチング時間を３秒として、第２次のエッチングを行った。上記条件で窒化タンタルとタンタルの２層構造をエッチングし、得られたテーパ角度θを実測したところ１２〜１８度が得られた。
【００１８】
また被エッチング金属膜１０の厚みは、初期の膜厚と同じ４６０ｎｍであった。線幅のバラツキは極めて小さく、実用使用上問題とならない範囲内に収めることができた。最終テーパ角度θは第２次エッチングの条件のうち、酸素分圧により制御できることが判ったが、酸素分圧が１６〜２０％から外れる場合には、線幅バラツキが増大する傾向がある。尚、５５０ｍｍ×６５０ｍｍサイズの基板において、線幅バラツキは基板の端部１０〜２０ｍｍを除けば１５．１μｍ〜１５．７μｍの範囲内に収まっており極めて良好な結果が得られた。
【００１９】
また、本発明の実施の形態１では、第１次エッチングと第２次エッチングをそれぞれ同一機種の装置で別の場所に設置されている２台の装置を用いて行ったが、同一装置で連続処理を行う方法が可能であり、そのような方法が好ましいことは言うまでもない。
【００２０】
次に、図２（ｆ）に示すように、レジスト剥離液による薬液処理によりフォトレジスト１１を除去する。その後、図２（ｇ）に示すように、ＣＶＤ装置により窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１２を５００ｎｍの膜厚で成膜した。このようなゲート絶縁膜１２はテーパ角度θが３０度以下の走査線５および基準信号線６上に設けられる。ゲート絶縁膜１２の膜厚を５００ｎｍの膜厚とし実験を行って確認したところ、残留応力に起因する絶縁膜のクラックに起因する、欠け不良の発生は検出されなかった。
【００２１】
テーパ角が３０度をこえた配線パターンを試作し、同様にゲート絶縁膜１２の膜厚を５００ｎｍの膜厚とし実験を行って確認したところ、図１に示すように、残留応力に起因する絶縁膜のクラックが発生し、テーパ角が大きくなるに従い、欠け不良の発生が顕著になることが判った。テーパ角が３０度以下であれば、残留応力に起因する絶縁膜のクラックが発生しない。しかし、テーパ角が小さくなるに従い、配線抵抗が増大し、１０度以下になると、配線幅を約２倍程度大きくすれば１５インチＸＧＡとして実現できるものの、配線幅が大きいために開口率が低下してしまう不具合が生じた。
【００２２】
また、金属膜１０の表面は陽極酸化を行っていないため、本来ならば酸化膜として機能する領域が、金属膜として維持されるために、配線抵抗を小さくできる。しかも走査線５および基準信号線６を覆うゲート絶縁膜１２のステップカバレッジが良好であるため、今回試作に用いたタンタル系の電極材料を使用しても、１５インチＸＧＡ以上の液晶表示装置を実現できるので、特に比抵抗の小さなアルミニウム系の電極材料を使用しなくても、良好な大型の液晶表示装置が実現できた。
【００２３】
尚、第１次のエッチングを、ＲＩＥ方法を用いてガス圧力を４２０ｍＴｏｒｒとして行ったのは、２００〜４５０ｍＴｏｒｒの圧力の範囲で詳細に検討した結果、４２０ｍＴｏｒｒにおいて、膜厚バラツキが良好な結果が得られた理由による。しかし、上記の条件でエッチングを行うと、基板内の各部分の金属膜１０の断面形状が図３に示すようになる。エッチング時間が１６０秒迄は、金属膜１０の側壁が図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような、なだらかなテーパ形状であるのに対し、１６０秒を超えると、金属膜１０の側壁の上部から急激に横方向にエッチングが侵食した部分が発生し、ＥＰＤ検出点となる２００秒では金属膜１０の側壁が図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように端部がなだらかにはならず、急峻なテーパ形状となった。
【００２４】
そこで前述したように、第１次のドライエッチング時間を１５０秒とし、その後は低圧力ガス雰囲気で第２次のドライエッチングに切り換えて２段階のエッチングを行ってパターン形成を行ったところ、極めて良好なテーパ形状がえられた。
【００２５】
また、金属膜１０は、窒化タンタル／タンタル／窒化タンタルの３層構造とした。その理由は、最上層の窒化タンタルのエッチング速度がタンタル部分のエッチング速度より僅かに大きいため、金属膜１０の側壁の上部から急激に横方向のエッチングが進行し侵食する現象を抑制する効果が認められたからである。
【００２６】
また、第２次のドライエッチング時に、ガス圧力を２００ｍＴｏｒｒ以下とした理由は、２００〜４００ｍＴｏｒｒの範囲でエッチング速度のバラツキを詳細に検討した結果、バラツキの最小部分が２００ｍＴｏｒｒと４００ｍＴｏｒｒの近傍にあることが判ったためと、ガス圧力３５０ｍＴｏｒｒ以下では、フォトレジスト１１の方が窒化タンタルよりエッチング速度が大きいために、目標とする３０度以下のなだらかなテーパ形状が得られるためである。本実施の形態１では、透過型液晶表示装置の例で説明したが、反射型液晶表示装置の基板でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の透過型液晶表示装置の構造を、実施の形態１のように２段階のエッチングを行わないで、１回のエッチングで作製した例を、実施の形態２として以下に示す。例えば、ＲＩＥ装置（ＭＥＡ−６００Ｒ東京エレクトロン社製）を用い、フォトレジスト１１の厚みを２μｍとし、ガス圧力は２０ｍＴｏｒｒ、ガスの総流量は１００ｓｃｃｍ、酸素ガス流量は２０％、ＲＦパワーは２５００Ｗ、電極ギャップは１５０ｍｍ、電極設定温度は７０℃、放電時間は６８０秒としてエッチングを行った。上記条件で窒化タンタルとタンタルの２層構造をエッチングした結果、１回のエッチングで、希望するテーパ形状が得られ線幅のバラツキの値も小さく良好に行うことができた。
【００２８】
また、目標とする１０〜３０度以下のなだらかなテーパ形状を得るためには、酸素ガスの分圧を２０％〜２２％に設定することが望ましい。もし、酸素ガスの分圧を２０％〜２２％以外に設定した場合には、希望するテーパ形状が大きく変化しやすくなるために、線幅のバラツキの値が大きくなることが判った。また、ＲＦパワーは２０００Ｗ近傍では、線幅の基板面内バラツキが小さく良好であった。本実施の形態１で確認したように、ガス圧力３５０ｍＴｏｒｒ以下では、フォトレジスト１１の方が窒化タンタルよりエッチング速度が大きいために、目標とする３０度以下のなだらかなテーパ形状が１回のエッチングで作製できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、走査線および基準信号線が複数本ストライプ状に形成され、画素電極の端部が走査線に平面的に重畳し、画素電極の中央部が基準信号線に平面的に重畳するので、高開口率が実現される。また、走査線、ゲート電極および基準信号線の側壁を１０〜３０度のなだらかで緩いテーパ形状とすることにより、走査線、ゲート電極および基準信号線の幅を小さくできるので、開口率が大きくなり液晶表示装置の特性を向上させる効果を奏する。しかも、走査線、ゲート電極および基準信号線を覆う絶縁膜のクラックとピンホールの発生を防止することができる。また、走査線、ゲート電極および基準信号線を覆う絶縁膜のステップカバレッジが良好であるので、走査線、ゲート電極および基準信号線の陽極酸化を行って保護しておく必要がなくなる。したがって、陽極酸化膜の膜厚の分だけ、走査線、ゲート電極および基準信号線の幅を小さくでき、開口率の向上を実現できる効果を奏する。また、走査線、ゲート電極および基準信号線の表面を金属膜として維持し、配線抵抗を小さくできるので、特に比抵抗の小さなアルミニウム系の電極材料を使用せず、タンタル系の電極材料を使用しても、良好な大型の液晶表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置のテーパ角と欠け発生率と開口率との関係を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態１、実施形態２に係わる液晶表示装置の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１、実施形態２に係わる金属膜の基板内でのドライエッチング後の形状バラツキの状態を説明する部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係わる液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
【図５】従来の液晶表示装置の構成を示す回路図である。
【図６】従来のＴＦＴ基板の製造方法を示す図である。
【図７】従来技術に係わる液晶表示装置の他の構成を示す斜視図である。
【図８】従来技術に係わる液晶表示装置のスイッチング素子部分の断面図である。
【符号の説明】
１      液晶表示装置
２      画素基板
３      対向基板
４      表示信号線
５      走査線
６      基準信号線
７      共通配線
８      スイッチング素子
９      画素電極
１０      金属膜
１１      フォトレジスト
１２      ゲート絶縁膜
１２ａ      陽極酸化によるゲート絶縁膜
１２ｂ      ＣＶＤによるゲート絶縁膜
１３      基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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