JP2011151194A

JP2011151194A - 液晶表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP2011151194A
Application number: JP2010011064A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sonoda; 大介園田; Toshiteru Kaneko; 寿輝金子; Hideo Tanabe; 英夫田辺
Original assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd; Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20110176081A1; US20140184990A1; US8743333B2

Abstract

【課題】
同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置をより低コストで製造可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とをフッ酸と酸化剤とを含むエッチング液でウェットエッチング処理を行うと共に、該エッチング液のフッ酸の濃度が該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とでは異なることを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置及びその製造方法に関する。

液晶表示装置には、各表示画素を駆動するため薄膜トランジスタＴＦＴが利用されている。また、該薄膜トランジスタに給電するため、ゲート配線やソース・ドレイン配線がマトリックス状に形成されている。一例として、特許文献１に示すように、ゲート配線をＭｏあるいはその合金で形成し、ソース・ドレイン配線をＡｌあるいはその合金、又はＡｌあるいはその合金の上面にＴｉあるいはＭｏ等を設ける方法で形成することが開示されている。

このように、異なる材料でゲート配線やソース・ドレイン配線を構成する場合には、材料の違いにより各配線の電気抵抗が異なる原因となる。これを解消するため、配線の厚み（膜厚）や幅を調整する必要があるが、個々のプロセスで膜厚を調整することは、製造工程が極めて煩雑化する上、配線の線幅の調整もマスクの解像度により限界がある。

他方、ゲート配線やソース・ドレイン配線を同一の材料による積層構造で形成する方法が、特許文献２で提案されている。特許文献２では、配線には、チタン膜、アルミニウム合金膜と窒化チタン膜を含む積層膜を利用し、エッチング処理として、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いてプラズマエッチングすることが開示されている。

ゲート配線やソース・ドレイン配線を同一の材料による積層構造で形成する場合には、ゲート配線とソース・ドレイン配線の電気抵抗を同一とすることが可能であるため、配線間の相互の乗り換えが容易になるという利点がある。また、ゲート配線については、ゲート配線の上層に配置されるゲート絶縁膜に高い耐圧が必要であるため、ゲート配線のテーパ形状の角度を低くし、カバレッジを良くする必要がある。一方、ソース・ドレイン配線では、液晶表示装置の狭額縁化など配線密度を高めるため、配線のテーパ角度を高くする必要がある。

このように配線のテーパ角度の調整については、特許文献２では、アルゴンガスの分圧を調整することで、配線のテーパ角度を調整することが開示されている。しかしながら、特許文献２に示すようなプラズマエッチングなどのドライエッチングでは、ウェットエッチングと比較し、処理方法自体が高コストであると共に、スループットが悪く連続処理が困難なため製造コストがより増加する原因となる。

特開２００８−３１１５４５号公報特開２００２−７２２３０号公報

本発明の解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置をより低コストで製造可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供することである。

本発明の表示装置は、上述した課題を解決するため、以下のような特徴を有する。

（１）同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とをフッ酸と酸化剤とを含むエッチング液でウェットエッチング処理を行うと共に、該エッチング液のフッ酸の濃度が該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とでは異なることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の液晶表示装置の製造方法において、該積層構造は、チタン、アルミニウム又はその合金、及びチタンを順次積層して形成したものであることを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）に記載の液晶表示装置の製造方法において、該フッ酸の濃度は、該ゲート配線を処理する場合より、該ソース・ドレイン配線を処理する場合の方が、より低いことを特徴とする。

（４）上記（３）に記載の液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．７〜１．３％の範囲であり、該ソース・ドレイン配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．１％〜０．５％の範囲であることを特徴とする。

（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線と該ゲート配線の下層とがなす角は、該ソース・ドレイン配線と該下層とがなす角よりも小さいことを特徴とする。

（６）同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置において、該ゲート配線と該ゲート配線の下層とがなす角は、該ソース・ドレイン配線と該下層とがなす角よりも小さいことを特徴とする。

本発明の液晶表示装置及びその製造方法では、ウェットエッチング処理を行うため、処理方法自体のコストを低下させるだけでなく、連続処理も可能となり、液晶表示装置の製造コストを低下させることができる。しかも、エッチング液内のフッ酸の濃度を調整することで、配線のテーパ角度が容易に調整可能であり、製造工程が複雑化することもない。

また、本発明の液晶表示装置及びその製造方法では、同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線であるため、配線間の乗り換えが容易であると共に、上述のように配線のテーパ角度を容易に調整できるため、ゲート絶縁膜の耐圧特性を十分確保できると共に、ソース・ドレイン配線の密度を向上させ、液晶表示装置の狭額縁化も可能となる。

本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ゲート配線用メタルのスパッタ蒸着工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ゲート配線用メタルのウェットエッチング工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ゲート絶縁膜，ａＳｉ，ｎ^＋ａＳｉの堆積工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ゲート絶縁膜，ａＳｉ，ｎ^＋ａＳｉのドライエッチング工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ソース・ドレイン配線用メタルのスパッタ蒸着工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ソース・ドレイン配線用メタルのウェットエッチング工程及びｎ^＋ａＳｉのドライエッチング工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ＳｉＮの堆積工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ＳｉＮのドライエッチング工程）を示す図である。本発明の液晶表示装置の製造工程の一部（ＩＴＯのスパッタ蒸着工程及びエッチング工程）を示す図である。

本発明に係る液晶表示装置について、以下に詳細に説明する。
図１〜図９は、本発明の液晶表示装置の製造方法を説明する図である。なお、説明を簡略化するため、各図において使用する符号が同一のものは、各々が同じ部材で構成されることを意味している。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とをフッ酸と酸化剤とを含むエッチング液でウェットエッチング処理を行うと共に、該エッチング液のフッ酸の濃度が該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とでは異なることを特徴とする。

このように、エッチング液に含まれるフッ酸の濃度を調整することにより、各配線のテーパ角度を容易に調整することが可能となる。例えば、ゲート配線においては、テーパ角度を４５度以下、より好ましくは２０〜３０度程度に設定することで、ゲート絶縁膜の耐圧特性を十分に確保することができる。また、ソース・ドレイン配線においては、テーパ角度を４５度以上、より好ましくは６０〜７０度程度に設定することで、ソース・ドレイン配線の密度を向上させることができ、狭額縁化された液晶表示装置を得ることができる。

さらに、ゲート配線とソース・ドレイン配線が同一の材料を用いた積層構造であるため、相互の電気抵抗を同一に調整することが容易であり、配線の際に、相互に乗り換えが可能であり、配線の自由度を高めることもできる。

本発明の液晶表示装置の製造方法に使用される配線の積層構造は、チタン、アルミニウム又はその合金、及びチタンを順次積層して形成される。アルミニウム合金は、ＡｌＳｉやＡｌＣｕなどが好適に利用可能である。

本発明の液晶表示装置の製造方法に使用されるエッチング液は、フッ酸と酸化剤とを含むエッチング液である。酸化剤としては、過酸化水素水、硝酸、硫酸などが利用可能である。本発明の特徴は、配線をチタン−アルミニウム（アルミニウム合金）−チタンというように２種類の材料を３層に積層し、各層を構成する材料のエッチングスピードが、エッチング液に含有されるフッ酸の濃度で変化する特性を利用するものである。フッ酸の濃度が高い場合には、チタンのエッチングスピードは、アルミニウムのエッチングスピードよりかなり早く、結果として配線のテーパ角度は小さくなる。他方、フッ酸の濃度が低い場合には、チタンのエッチングスピードは、アルミニウムのそれとかなり近くなるため、配線のテーパ角度は大きくなる。

チタン、アルミニウム又はその合金、及びチタンの積層構造を有する配線のテーパ角度を調整するには、ゲート配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．６％以上、より好ましくは、０．７〜１．３％の範囲が好ましく、ソース・ドレイン配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．６％以下、より好ましくは０．１％〜０．５％の範囲が好ましい。

フッ酸の濃度を１．３％以上に設定すると、アルミニウム（又はアルミニウム合金）層の上側（エッチング液に露出している面側）のチタンだけでなく、下側（ガラス等の基板側）のチタン層のエッチングが進み、アルミニウム層の下側に入り込む空洞が形成される、所謂、アンダーカット形状の配線となる。また、フッ酸の濃度を０．１％以下とすると、アルミニウム層の上側のチタン層がアルミニウム層より突出した「庇（ひさし）」が形成され、配線構造としては不適切なものとなる。

また、エッチング液としては、酸化剤の濃度は３０％程度が好ましく、フッ酸と酸化剤以外には、通常、水が添加される。なお、本発明の製造方法を実現できる範囲で、必要に応じて、各種の添加剤をエッチング液に付加できることは言うまでもない。本発明は、以上のように、ゲート配線とソース・ドレイン配線とをウェットエッチング処理でパターニングするため、特許文献２のようなドライエッチングと比較し、極めて低コスト化を図ることが可能となる。

以下に、図１〜９を用いて、本発明の液晶表示装置の製造方法の一例を説明する。
まず、図１に示すように、液晶表示パネルを構成するガラス等の透明基板ＧＬ上に、ゲート配線用メタル層ＧＭをスパッタ蒸着工程で形成する。透明基板上に、ゲート配線用メタル層として、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム合金（ＡｌＳi)、そしてチタン（Ｔｉ）を順次積層した積層構造としている。

次に、図２に示すように、ゲート配線用メタル層ＧＭのウェットエッチング処理を行う。この処理工程により、不図示のフォトレジスト膜による配線パターンに対応して、ゲート配線用メタル層ＧＭがエッチングされゲート配線（ＧＭ）が形成される。エッチング液のフッ酸濃度は、０．６％以上、より好ましくは、０．７〜１．３％の範囲とすることで、ゲート配線のテーパ角度θ_１は、４５度以下、より好ましくは、２０〜３０度程度に設定することが可能となる。

次に、図３に示すように、ゲート配線（ＧＭ）を被覆するゲート絶縁膜ＧＩ、さらに、薄膜トランジスタを構成するアモルファス・シリコン膜（ａＳｉ）とｎ^＋型のアモルファス・シリコン膜（ｎ^＋ａＳｉ）をＣＶＤ法などで、順次堆積させる。

次に、ドライエッチングを利用して、ｎ^＋型アモルファス・シリコン膜（ｎ^＋ａＳｉ）、アモルファス・シリコン膜（ａＳｉ）及びゲート絶縁膜ＧＩを所定のパターンでエッチンクし、各画素を駆動する薄膜トランジスタを形成する。

次に、図５に示すように、ソース・ドレイン配線用メタル層ＳＤＭを、図１のゲート配線用メタル層ＧＭと同一の材料で積層構造を形成する。具体的には、ソース・ドレイン配線用メタル層ＳＤＭとして、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム合金（ＡｌＳi)、そしてチタン（Ｔｉ）を順次、スパッタ蒸着法で積層する。

次に、図６に示すように、ソース・ドレイン配線用メタル層ＳＤＭをウェットエッチング処理で、ソース・ドレイン配線のパターンにエッチングする。そして、ウェットエッチング処理で使用したフォトレジスト膜を使用し、ドライエッチング処理でｎ^＋ａＳｉなどの一部をエッチングする。エッチング液のフッ酸濃度は、０．６％以下、より好ましくは、０．１％〜０．５％の範囲とすることで、ソース・ドレイン配線のテーパ角度θ_２は、４５度以上、より好ましくは、６０〜７０度程度に設定することが可能となる。即ち、ゲート配線のテーパ角度θ_１がソース・ドレイン配線のテーパ角度θ_２よりも小さくなる。

次に、図７に示すように、絶縁膜ＳｉＮをＣＶＤ法などで堆積させる。さらに、図８に示すように、ドライエッチング処理で絶縁膜ＳｉＮの一部に、ソース・ドレイン配線を露出させ、図９の工程で、画素電極を構成する透明電極（ＩＴＯ）をスパッタ蒸着する。なお、透明電極は、蒸着後、必要に応じてエッチングにより所定形状にパターニングすることも可能である。

以上のように、図１〜９に示す液晶表示装置の製造工程により、液晶表示パネルに使用される薄膜トランジスタを含むゲート配線及びソース・ドレイン配線を形成することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置をより低コストで製造可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。

ＧＬ透明基板
ＧＭゲート配線（ゲート配線用メタル層）
ＳＤＭソース・ドレイン配線（ソース・ドレイン配線用メタル層）

Claims

同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置の製造方法において、
該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とをフッ酸と酸化剤とを含むエッチング液でウェットエッチング処理を行うと共に、該エッチング液のフッ酸の濃度が該ゲート配線と該ソース・ドレイン配線とでは異なることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法において、該積層構造は、チタン、アルミニウム又はその合金、及びチタンを順次積層して形成したものであることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項１又は２に記載の液晶表示装置の製造方法において、該フッ酸の濃度は、該ゲート配線を処理する場合より、該ソース・ドレイン配線を処理する場合の方が、より低いことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．７〜１．３％の範囲であり、該ソース・ドレイン配線を処理する場合のフッ酸の濃度は０．１％〜０．５％の範囲であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、該ゲート配線と該ゲート配線の下層とがなす角は、該ソース・ドレイン配線と該下層とがなす角よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
同一の材料の積層構造を有するゲート配線及びソース・ドレイン配線を備えた液晶表示装置において、
該ゲート配線と該ゲート配線の下層とがなす角は、該ソース・ドレイン配線と該下層とがなす角よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。