JP3977099B2

JP3977099B2 - 液晶表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP3977099B2
Application number: JP2002048074A
Authority: JP
Inventors: 健中嶋; 泰志松井; 泰則庭野
Original assignee: 株式会社アドバンスト・ディスプレイ
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: US6774965B2; KR100714139B1; US20030160921A1; JP2003248232A; TW200304575A; TWI243270B; KR20030070549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外光を反射する反射電極と背面光源からの光を透過する透過電極とを１画素内に構成する画素電極を備えた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置は、それぞれの上面および下面に電極を備えた２枚の基板の間に液晶からなる液晶層が挟持され、さらに２枚の基板の上下に偏光板が設置され、透過型のものでは背面にバックライトが設置された構造を有している。これらの基板の電極を有する表面には、いわゆる配向処理がなされ、液晶分子の向きを平均的に表わしたダイレクタが所望の液晶には複屈折性があり、バックライトから偏光板を通して入射された光は複屈折により楕円偏光に変化し、反対側の偏光板に入射される。この状態で、上下の電極間に電圧を印加すると、ダイレクタの配列状態が変化して液晶層の複屈折率が変化し、反対側の偏光板に入射される楕円偏光状態が変化し、したがって、液晶表示装置を透過する光強度およびスペクトルが変化する電気光学効果が得られる。
【０００３】
液晶表示装置には、バックライト（背面光源）をその背面又は側方に設置して、画像表示を行う透過型液晶表示装置と、基板に反射板を設置し、周囲光を反射板表面で反射させることにより画像表示を行う反射型液晶表示装置とがある。この透過型液晶表示装置は、周囲光が非常に明るい場合には、周囲光に比べて表示光が暗いため表示を観察できないという問題がある。他方、反射型液晶表示装置は、周囲光が暗い場合には視認性が極端に低下するという欠点を有する。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、光の一部を透過し、また光の一部を反射する半透過型反射膜を用いた液晶表示装置（以下、半透過型液晶表示装置）が提案されている。例えば、半透過型液晶表示装置は、特開平７−３３３５９８号公報、特開２０００−１９５６３号公報や特開２０００−３０５１１０号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの文献に開示された従来の半透過型液晶表示装置は、製造工程が複雑であり、歩留りが低いものであった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、簡易な製造工程により高歩留りを実現する液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向して配置された１対の基板のうちの一方の基板上に、外光を反射する反射部を構成する反射電極と、背面光源からの光を透過する透過部を構成する透過電極とを１画素内に構成する画素電極を備えた液晶表示装置であって、前記一方の基板上に形成され、ゲート電極と同一層からなる第１の金属薄膜と、前記第１の金属薄膜と第１の絶縁膜を介して形成され、ソース電極及びドレイン電極と同一層からなる第２の金属薄膜と、前記第１の金属薄膜及び前記第２の金属薄膜よりも上層に第２の絶縁膜を介して形成される前記透過電極と同一層からなる導電性薄膜と、
前記導電性薄膜上に絶縁層を介さずに設けられる前記反射電極と同一層からなる第３の金属薄膜とを有し、前記第１の絶縁膜あるいは前記第２の絶縁膜に空けられたコンタクトホールを介した、前記導電性薄膜と前記第１の金属薄膜との間の接続部、あるいは前記導電性薄膜と前記第２の金属薄膜との間の接続部において、前記導電性薄膜は前記コンタクトホール部分の一部において除去され、その部分が前記第３の金属薄膜により覆われ、前記第３の金属薄膜が前記第１の金属薄膜あるいは、前記第２の金属薄膜に前記導電性薄膜を介さずに直接に接続されている。このような構成の液晶表示装置は、製造が容易となり、高歩留りを実現できる。さらに、このような構成により、透過電極と第１あるいは第２の金属薄膜との接続抵抗を低減できる。
【０００９】
そして、画素部において、ＴＦＴ部の半導体膜がソース配線下部まで連続形状で残存させるとよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１にかかる半透過型液晶表示装置の製造プロセスフローを示す。この製造プロセスでは、７回の写真工程により半透過型のＴＦＴアレイを製造している。
【００１７】
まず、絶縁性基板としてガラス基板を洗浄して表面を清浄化する。絶縁性基板には、ガラス基板等の透明な絶縁性基板を用いる。また、絶縁性基板の厚さは任意でよいが、液晶表示装置の厚さを薄くするために１．１ｍｍ厚以下のものが好ましい。絶縁性基板が薄すぎる場合には各種の成膜やプロセスの熱履歴によって基板の歪みが生じるためにパターニング精度が低下するなどの不具合を生じるので、絶縁性基板の厚さは使用するプロセスを考慮して選択する必要がある。また、絶縁性基板がガラスなどの脆性破壊材料からなる場合、基板の端面は面取りを実施しておくことが、端面からのチッピングによる異物の混入を防止する上で好ましい。また、絶縁性基板の一部に切り欠きを設けて基板の向きが特定できるようにすることが、各プロセスでの基板処理の方向が特定できることでプロセス管理がしやすくなることより好ましい。
【００１８】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第１の金属薄膜１を成膜する。第１の金属薄膜１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚のクロムが用いられる。第１の金属薄膜１上には、後述の工程でドライエッチングによりコンタクトホールが形成され、導電性薄膜が形成されるので、表面酸化が生じにくい金属薄膜や酸化されても導電性を有する金属薄膜を第１の金属薄膜１に用いることが好ましく、少なくとも表面がクロム、チタン、タンタル、モリブデンなどのうちのいずれかであることが好ましい。また、第１の金属薄膜１として、異種の金属薄膜を積層した金属薄膜や膜厚方向に組成の異なる金属薄膜を用いることもできる。また、第１の金属薄膜１としてアルミニウムを含む材料を用いた場合は、少なくとも表面が１０〜１０００μΩ程度の比抵抗を有する窒化アルミニウムであることが好ましい。
【００１９】
つぎに、第１のフォトリソグラフィープロセス（写真工程）で第１の金属薄膜１をゲート電極およびゲート配線、補助容量電極および補助容量配線をパターニングする。これにより、図１（ａ）で示される構造が形成される。フォトリソグラフィープロセスはＴＦＴアレイ基板を洗浄後、感光性レジストを塗布・乾燥したのちに、所定のパターンが形成されたマスクパターンを通して露光し、現像することで写真製版的にＴＦＴアレイ基板上にマスクパターンを転写したレジストを形成し、感光性レジストを加熱硬化させたのちにエッチングを行い、感光性レジストを剥離することで行われる。感光性レジストとＴＦＴアレイ基板との濡れ性が不良で、感光性レジストのはじきが生じる場合には、塗布前にＵＶ洗浄を実施したり、濡れ性改善のためにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を蒸気塗布するなどの処理を行う。また、感光性レジストとＴＦＴアレイ基板との密着性が不良で、剥がれが生じる場合には加熱硬化温度を高くしたり、時間を長くしたりするなどを行う。第１の金属薄膜１のエッチングは、公知のエッチャント（たとえば、第１の金属薄膜１がクロムからなる場合には、第二硝酸セリウムアンモンおよび硝酸が混合されてなる水溶液）を用いてウェットエッチングでエッチング可能である。また、第１の金属薄膜１のエッチングはパターンエッジがテーパ形状となるようにエッチングすることが、他の配線との段差での短絡を防止する上で好ましい。ここで、テーパ形状とは断面が台形状になるようにパターンエッジがエッチングされることをいう。また、この工程でゲート電極およびゲート配線、補助容量電極および補助容量配線を形成することを示したが、その他にＴＦＴアレイ基板を製造する上で必要な各種のマーク類や配線が形成される。
【００２０】
つぎに、プラズマＣＶＤにより第１の絶縁膜２、半導体能動膜３、オーミックコンタクト膜４を連続で成膜する。ゲート絶縁膜となる第１の絶縁膜２としてはＳｉＮｘ膜、ＳｉＯｙ膜、ＳｉＯｚＮｗ膜やこれらの積層膜が用いられる（なお、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはそれぞれ正数である）。第１の絶縁膜２の膜厚は３００ｎｍから６００ｎｍ程度とする。膜厚が薄い場合にはゲート配線とソース配線の交差部で短絡を生じやすく、第１の金属薄膜１の厚さ程度以上とすることが好ましい。膜厚が厚い場合にはＴＦＴのＯＮ電流が小さくなり、表示特性が低下することからなるべく薄くすることが好ましい。好ましい実施例では、３００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜した後、１００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜することにより、第１の絶縁膜２を形成する。
【００２１】
半導体能動膜３としてはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜が用いられる。半導体能動膜３の膜厚は１００ｎｍから３００ｎｍ程度とする。膜厚が薄い場合には後述するオーミックコンタクト膜４のドライエッチ時の消失が発生し、厚い場合にはＴＦＴのＯＮ電流が小さくなることより、オーミックコンタクト膜４のドライエッチ時のエッチング深さの制御性と必要とするＴＦＴのＯＮ電流より膜厚を選択する。半導体能動膜３としてａ−Ｓｉ膜を用いる場合には第１の絶縁膜２のａ−Ｓｉ膜との界面はＳｉＮｘ膜またはＳｉＯｚＮｗ膜とすることが、ＴＦＴが導通状態となるゲート電圧であるＴＦＴのＶｔｈの制御性および信頼性上好ましい。半導体能動膜３としてｐ−Ｓｉ膜を用いる場合には第１の絶縁膜２のｐ−Ｓｉ膜との界面はＳｉＯｙ膜またはＳｉＯｚＮｗ膜とすることがＴＦＴのＶｔｈの制御性および信頼性上好ましい。また、半導体能動膜３としてａ−Ｓｉ膜を用いる場合には第１の絶縁膜２との界面付近を成膜レートの小さい条件で成膜し、上層部を成膜レートの大きい条件で成膜することが短い成膜時間で移動度の大きいＴＦＴ特性がえられることと、ＴＦＴのオフ時のリーク電流を小さくできることより好ましい。好適な実施例では、半導体能動膜３として１５０ｎｍのｉ−ａ−Ｓｉ膜を成膜する。
【００２２】
オーミックコンタクト膜４としては、ａ−Ｓｉにリン（Ｐ）を微量にドーピングしたｎ−ａ−Ｓｉ膜、ｎ−ｐ−Ｓｉ膜が用いられる。オーミックコンタクト膜４の膜厚は、２０ｎｍから７０ｎｍ程度とすることができる。これらのＳｉＮｘ膜、ＳｉＯｙ膜、ＳｉＯｚＮｗ膜、ａ−Ｓｉ膜、ｐ−Ｓｉ膜、ｎ−ａ−Ｓｉ膜、ｎ−ｐ−Ｓｉ膜は公知のガス（ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｈ₂、ＮＯ₂、ＰＨ₃、Ｎ₂およびこれらの混合ガス）を用いて成膜することが可能である。好適な実施例では、オーミックコンタクト膜４として３０ｎｍのｎ−ａ−Ｓｉ膜を成膜する。
【００２３】
つぎに、第２のフォトリソグラフィープロセスで半導体能動膜３およびオーミックコンタクト膜４を少なくともＴＦＴ部が形成される部分にパターニングする。これにより、図１（ｂ）に示す構造が形成される。第１の絶縁膜２は、全体に亘って残存する。半導体能動膜３およびオーミックコンタクト膜４はＴＦＴ部が形成される部分の他に、ソース配線とゲート配線および補助容量配線とが平面的に交差する部分にもパターニングして残存させることが交差部での耐電圧が大きくなることより好ましい。また、ＴＦＴ部の半導体能動膜３およびオーミックコンタクト膜４をソース配線の下部まで連続形状で残存させることが、ソース電極が半導体能動膜３およびオーミックコンタクト膜４の段差をのりこえることがなく、段差部でのソース電極の断線が発生しにくいので好ましい。
【００２４】
半導体能動膜３およびオーミックコンタクト膜４のエッチングは、公知のガス組成（たとえば、ＳＦ₆とＯ₂の混合ガスまたはＣＦ₄とＯ₂の混合ガス）でドライエッチングが可能である。
【００２５】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第２の金属薄膜を成膜する。第２の金属薄膜としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金あるいはこれらの積層膜が用いられる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚を有するクロムが成膜される。
【００２６】
つぎに第３のフォトリソグラフィープロセスで第２の金属薄膜がソース電極５及びドレイン電極６を形成するようにパターニングする。これにより、図１（ｃ）に示す構造が形成される。ソース電極５は、ソース配線とゲート配線が交差する部分にまで亘って形成される。ドレイン電極６は、反射部まで亘って形成される。次に、オーミックコンタクト膜４のエッチングを行なう。このプロセスによりＴＦＴ部のオーミックコンタクト膜４の中央部が除去され、半導体能動膜３が露出する。オーミックコンタクト膜４のエッチングは、公知のガス組成（たとえば、ＳＦ₆とＯ₂の混合ガスまたはＣＦ₄とＯ₂の混合ガス）でドライエッチングが可能である。
【００２７】
つぎに、プラズマＣＶＤにより第２の絶縁膜７を形成し、次にスピン塗布、スリット塗布、転写等により有機膜８を形成する。好適な実施例では、第２の絶縁膜７として１００ｎｍの膜厚のＳｉＮが用いられる。また、有機膜８は、公知の感光性有機膜であり、例えば、ＪＳＲ製ＰＣ３３５又はＰＣ４０５が用いられる。
【００２８】
つぎに第４のフォトリソグラフィープロセスで有機膜８を図１（ｄ）に示す形状にパターニングする。具体的には、続く第５のフォトリソグラフィープロセスによって第１及び第２の絶縁膜２及び７を除去する部分で当該第１及び第２の絶縁膜２及び７が露出するように有機膜８をパターニングする。また、反射部も有機膜８が除去された箇所と除去されない箇所を形成し、凹凸形状を形成する。
【００２９】
つぎに第５のフォトリソグラフィープロセスで有機膜がパターニングされる。このとき、第１及び第２の絶縁膜２及び７が除去される部分の有機膜は除去される。また、凹凸部の有機膜は除去されず、一層目の凹凸を適度に緩和することで良好な散乱特性を得ることができる。続いてテーパーエッチングが実行され、図１（ｅ）の構造が形成される。即ち、ゲート端子部では、ゲート配線と駆動信号源とを電気的に接続するコンタクトホールを形成するため、第１の絶縁膜２及び第２の絶縁膜７の双方が除去され、第１の金属薄膜１が露出している。ソース端子部では、第２の絶縁膜７が除去され第２の金属薄膜が露出している。ＴＦＴ部と反射部の間では、第２の絶縁膜が除去されドレイン電極６が露出している。さらに透過部では、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の双方が除去され、第１の絶縁性基板が露出している。なお透過部の有機膜を除去しない場合は、公知のブリーチング処理、すなわち紫外光照射による感光性有機膜の透明度向上処理を、有機膜のフォトリソグラフプロセスによるパターニング後に追加するのが望ましい。
【００３０】
つぎに、スパッタリングなどの方法で導電性薄膜９を成膜する。導電性薄膜９としては、透明導電膜であるＩＴＯ、ＳｎＯ₂などを用いることができ、とくに化学的安定性の点からＩＴＯが好ましい。好適な実施例では、導電性薄膜９は、８０ｎｍの膜厚を有するＩＴＯが用いられる。なお、ＩＴＯは、結晶化ＩＴＯ又はアモルファスＩＴＯのいずれでもよいが、アモルファスＩＴＯを用いた場合は、第３の金属薄膜成膜前に結晶化温度１８０℃以上に加熱して結晶化させる必要がある。好適な実施例では、２００℃以上に加熱する。
【００３１】
つぎに、第６のフォトリソグラフィープロセスで導電性薄膜９を図１（ｆ）に示されるように画素電極等の形状にパターニングする。導電性薄膜９のエッチングは使用する材料によって公知のウェットエッチング（たとえば、導電性薄膜９が結晶化ＩＴＯからなる場合には塩酸および硝酸が混合されてなる水溶液）などを用いて行うことが可能である。導電性薄膜９がＩＴＯの場合、公知のガス組成（たとえば、ＨＩ、ＨＢｒ）でのドライエッチングによるエッチングも可能である。また、この工程で画素電極を形成することを示したが、その他に対向基板とＴＦＴアレイ基板間を導電性粒子を含む樹脂を用いて電気的に接続するためのトランスファー端子部の導電性薄膜９による電極などが形成される。なお、アモルファスＩＴＯの場合、パターニングは、前記加熱後であれば結晶化ＩＴＯと同様に、前記加熱前であれば公知のしゅう酸が混合されてなる水溶液で行なう。
【００３２】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第３の金属薄膜１０、１１を成膜する。第３の金属薄膜１０、１１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのうちのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。金属薄膜１０は、金属薄膜１１がコンタクトホール部等の段差で段切れが生じるのを防ぐ効果を有する。この段切れが無視できる場合は、金属薄膜１０は形成しなくてもよい。この場合、工程数が減少し、コスト低減が可能となる。好適な実施例では、１００ｎｍの膜厚を有するクロムを成膜後、３００ｎｍの膜厚を有するアルミニウムとＣｕの合金を成膜し、さらに１００ｎｍの膜厚を有するクロムを成膜する。アルミニウムとＣｕの合金が露出していると、次の写真工程の現像時に、ＩＴＯ９の腐食が進むため、これを防止するために最上層にクロムを設けている。なお同様の効果を有する金属としてはモリブデン、タンタル、タングステンがある。
【００３３】
つぎに、第７のフォトリソグラフィープロセスで第３の金属薄膜１０、１１及び最上層のクロムを反射電極の形状にパターニングおよび最上層のクロムをエッチング除去して、反射電極を形成する。このとき、透過部の有機膜を除去した場合は当該箇所の段差により液晶の配向異常が発生し、表示品位を低下させる場合がある。これを防ぐため図１-Gに示すように段差部を反射電極で覆うとよい。なお、種々の検討の結果、段差部から配向異常領域が発生する範囲は最小で２μｍ、最大で６μｍであった。したがって反射電極をオーバーラップさせる長さは少なくとも２μｍ必要であり、透過の開口率の低下が許容できる場合でも６μｍで十分であることがわかった。故に好適な例としては２から６μｍである。なお、金属膜１０がクロムの場合、最上層のクロムと同時にエッチングすることも可能である。なお金属膜１０と最上層の金属薄膜が同一の場合、金属膜１０と最上層の金属は薄膜は同一のエッチング工程で除去することが可能である。なお反射電極は、クロムよりなる金属薄膜１０上にアルミニウムとＣｕの合金からなる金属薄膜１１が積層した状態で形成される。最上層のクロムは、ＩＴＯ９の腐食防止のため設けられたが、反射率を上げるためにこの段階で除去される。第３の金属薄膜のエッチングは、公知のエッチャントを用いてウェットエッチングで行うことが可能である。最終的には、図１（ｇ）で示す構造が形成される。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、このように、反射電極１０、１１と導電性薄膜９とが絶縁層を介さずに設けられている点に特徴を有する。
【００３４】
以上の工程によりＴＦＴアレイ基板が７工程のフォトリソグラフィープロセスにより製造され、歩留りを高くすることができる。尚、発明の実施の形態１においては、第３の金属薄膜１０、１１を２層設けたが、これに限らず、図７に示されるように、第３の金属薄膜１１のみ１層としてもよい。以下の発明の参考の形態２、３、４では、第３の金属薄膜１１のみ１層とした例について説明する。また、三菱化学製ＥＬＭ−ＤＳＡ等のＩＴＯの腐食抑制効果を有する現像液を金属薄膜１０、或いは１１の写真工程に用いることで最上層の金属、すなわち、モリブデン、タンタル、タングステンのいずれかを含む金属が不要となる。この場合工程数が削減できる。なお、以下の実施の形態では、最上層にクロムを設けた例について説明する。
【００３５】
発明の参考の形態２．
図２に本発明の参考の形態２にかかる半透過型液晶表示装置の製造プロセスフローを示す。この製造プロセスでは、６回の写真工程により半透過型ａ−ＳｉのＴＦＴアレイを製造している。
【００３６】
まず、絶縁性基板として０．７ｍｍ厚のガラス基板を洗浄して表面を清浄化する。絶縁性基板については、上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００３７】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第１の金属薄膜１を成膜する。第１の金属薄膜１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚のクロムが用いられる。第１の金属薄膜１についても上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
つぎに、第１のフォトリソグラフィープロセスで第１の金属薄膜１をゲート電極およびゲート配線、補助容量電極および補助容量配線をパターニングする。これにより、図２（ａ）で示される構造が形成される。この構造の製造方法についても上述の発明の実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００３９】
つぎに、第１の絶縁膜２、半導体能動膜３、オーミックコンタクト膜４、第２の金属薄膜を連続で成膜する。好適な実施例では、ゲート絶縁膜となる第１の絶縁膜２としては、３００ｎｍのＳｉＮと、１００ｎｍのＳｉＮの積層膜が用いられる。また、半導体能動膜３としては、１５０ｎｍのｉ−ａ−Ｓｉ膜が用いられる。さらに、オーミックコンタクト膜４としては、３０ｎｍのｎ−ａ−Ｓｉ膜が用いられる。第２の金属薄膜としては、２００ｎｍのクロムが用いられる。これらのＳｉＮ膜、ａ−Ｓｉ膜、ｎ−ａ−Ｓｉ膜は、プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、オーミック成膜時にはＰＨ_３をドープしてｎ−ａ−Ｓｉ膜を形成する。Ｃｒ成膜については、例えばＤＣマグネトロン型スパッタ装置を用いて成膜する。
【００４０】
つぎに第２のフォトリソグラフィープロセスでソース配線、ソース端子部金属パッド、ドレイン電極、半導体能動膜３等を形成するためのレジストパターンを形成する。第２のフォトリソグラフィープロセスでは、ハーフトーン露光が用いられる。
【００４１】
ここで、ハーフトーン露光について、図５及び図６を用いて説明する。ハーフトーン露光では、例えば、図５に示すようなマスクが用いられる。このマスクは、マスク上の露光パターンの空間周波数を露光機のパターン分解能力（たとえば１．６μｍ）より高くし、フォトレジスト上でマスクのパターンが解像できない状態とし、露光強度を調整するものである。このマスクを介して光を照射するが、その照射光の光量を制御することにより、フォトレジストの残存膜厚を制御することができる。即ち、図６に示すように、フォトレジストが現像により消失する光量の範囲内で光量を調整すると、それに応じて、フォトレジストの残存膜厚が変わる。具体的には、光量が多い場所では、より少ないフォトレジストが残存し、光量が少ない場所では、より多いフォトレジストが残存する。
【００４２】
この例では、レジストはノボラック樹脂系のポジ型レジストを用い、レジスト塗布はスピンコータにより１．５μｍとする。レジスト塗布後は１２０℃で９０秒プリベークを実施し、その後、レジストパターンは通常のＣｒ全面マスクパターンでありかつ、レジストパターンをライン／スペース＝１．５μｍ／１．５μｍのＣｒストライプ形状を有するハーフトーンのマスクパターンを用いて１０００ｍｓｅｃ露光を行った。露光機は通常のステッパあるいはミラープロジェクションタイプの露光機であり、光源には高圧水銀ランプのｇ線、ｈ線を用いた。このとき、ストライプパターンは露光装置の解像限界よりも微細なパターンなので、レジストはストライプ状には露光されず、平均的で他の露光部よりも少ない露光量となる。
【００４３】
ついで、有機アルカリ系の現像液を用いて現像したのち、１００℃から１２０℃でポストベークを１８０秒実施、レジスト中の溶媒を揮発させると同時にレジストとＣｒの密着力を高める。その後さらに１２０℃から１３０℃でオーブンベークを実施し、さらにレジスト・Ｃｒ間の密着力を高める。このときベーク温度が高すぎる場合にはレジスト端面がだれてしまうので注意を要する。その後Ｃｒ膜のエッチングを（ＮＨ₄）2［Ｃｅ（ＮＯ₃）₆］＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ液を用いて実施する。その後ＨＣｌ＋ＳＦ₆ガスを用いてオーミックコンタクト膜４および半導体能動膜３をエッチングする。その後酸素プラズマによりレジストをアッシングし、レジストパターン部のＣｒ膜を露出するようにする。アッシングは圧力が４０Ｐａで６０秒実施した。またアッシングする際はＲＩＥモードの方がＰＥモードに比べて、レジスト開口部の大きさが制御しやすい。このようにして、図２（ｂ）に示す構造が形成される。
【００４４】
その後１３０℃から１４０℃でオーブンベークを実施した後、（ＮＨ₄）2［Ｃｅ（ＮＯ₃）₆］＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ液を用いてＣｒ膜をエッチングする。次にオーミックコンタクト膜を除去する。
【００４５】
つぎにプラズマＣＶＤにより第２の絶縁膜７を成膜する。
つぎに第３のフォトリソグラフィープロセスで有機膜８を図２（ｃ）に示す形状にパターニングする。具体的には、続く第４のフォトリソグラフィープロセスによって第１及び第２の絶縁膜２及び７を除去する部分で当該第１及び第２の絶縁膜２及び７が露出するように有機膜８をパターニングする。また、反射部も有機膜８が除去された箇所と除去されない箇所を形成し、凹凸形状を形成する。
【００４６】
つぎに第４のフォトリソグラフィープロセスで有機膜がパターニングされる。このとき、第１及び第２の絶縁膜２及び７が除去される部分の有機膜は除去される。また、凹凸部の有機膜は除去されず、一層目の凹凸を適度に緩和することで良好な散乱特性を得ることができる。続いてテーパーエッチングが実行され、図２（ｄ）の構造が形成される。即ち、ゲート端子部では、ゲート配線と駆動信号源とを電気的に接続するコンタクトホールを形成するため、第１の絶縁膜２及び第２の絶縁膜７の双方が除去され、第１の金属薄膜１が露出している。ソース端子部では、第２の絶縁膜７が除去され第２の金属薄膜が露出している。ＴＦＴ部と反射部の間では、第２の絶縁膜が除去されドレイン電極６が露出している。さらに透過部では、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の双方が除去され、第１の絶縁性基板が露出している。
【００４７】
つぎに、スパッタリングなどの方法で導電性薄膜９を成膜する。好適な実施例では、導電性薄膜９は、８０ｎｍの膜厚を有するＩＴＯが用いられる。なお、ＩＴＯは、結晶化ＩＴＯ又はアモルファスＩＴＯのいずれでもよいが、アモルファスＩＴＯを用いた場合は、第３の金属薄膜成膜前に結晶化温度１８０℃以上に加熱して結晶化させる必要がある。好適な実施例では、２００℃以上に加熱する。
【００４８】
つぎに、第５のフォトリソグラフィープロセスで導電性薄膜９を図２（ｅ）に示されるように画素電極等の形状にパターニングする。導電性薄膜９のエッチングは使用する材料によって公知のウェットエッチング（たとえば、導電性薄膜９が結晶化ＩＴＯからなる場合には塩酸および硝酸が混合されてなる水溶液）などを用いて行うことが可能である。導電性薄膜９がＩＴＯの場合、公知のガス組成（たとえば、ＨＩ、ＨＢｒ）でのドライエッチングによるエッチングも可能である。また、この工程で画素電極を形成することを示したが、その他に対向基板とＴＦＴアレイ基板間を導電性粒子を含む樹脂を用いて電気的に接続するためのトランスファー端子部の導電性薄膜９による電極などが形成される。なお、アモルファスＩＴＯの場合、パターニングは、加熱後であればＩＴＯと同様に、加熱前であれば公知のしゅう酸が混合されてなる水溶液で行なう。
【００４９】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第３の金属薄膜１１を成膜する。第３の金属薄膜１１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのうちのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、３００ｎｍの膜厚を有するアルミニウムとＣｕの合金を成膜し、さらに１００ｎｍの膜厚を有するクロムを成膜する。アルミニウムとＣｕの合金が露出していると、次の写真工程の現像時に、ＩＴＯ９の腐食が進むため、これを防止するために最上層にクロムを設けている。なお同様の効果を有する金属としてモリブデン、タンタル、タングステンがある。
【００５０】
つぎに、第６のフォトリソグラフィープロセスで第３の金属薄膜１１及び最上層のクロムを反射電極の形状にパターニングおよび最上層のクロムをエッチング除去して、反射電極を形成する。なお、金属膜１１がクロムの場合、最上層のクロムと同時にエッチングすることも可能である。最上層のクロムは、ＩＴＯ９の腐食防止のため設けられたが、反射率を上げるためにこの段階で除去される。第３の金属薄膜のエッチングは、公知のエッチャントを用いてウェットエッチングで行うことが可能である。最終的には、図２（ｆ）で示す構造が形成される。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、このように、反射電極１１と導電性薄膜９とが絶縁層を介さずに設けられている点に特徴を有する。
【００５１】
以上の工程によりＴＦＴアレイ基板が６工程のフォトリソグラフィープロセスにより製造され、歩留りを高くすることができる。
【００５２】
発明の参考の形態３．
図３に本発明の参考の形態３にかかる半透過型液晶表示装置の製造プロセスフローを示す。この製造プロセスでは、６枚のマスクを用いて半透過型ａ−ＳｉのＴＦＴアレイを製造している。
【００５３】
まず、絶縁性基板として０．７ｍｍ厚のガラス基板を洗浄して表面を清浄化する。絶縁性基板については、上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第１の金属薄膜１を成膜する。第１の金属薄膜１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚のクロムが用いられる。第１の金属薄膜１についても上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００５５】
つぎに、第１のフォトリソグラフィープロセスで第１の金属薄膜１をゲート電極１およびゲート配線、補助容量電極２および補助容量配線をパターニングする。これにより、図３（ａ）で示される構造が形成される。この構造の製造方法についても上述の発明の実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
つぎに、プラズマＣＶＤにより第１の絶縁膜２、半導体能動膜３、オーミックコンタクト膜４を連続で成膜する。その後、エッチング等により図３（ｂ）で示される構造が形成される。この製造方法についても上述の発明の実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００５７】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第２の金属薄膜を成膜する。第１の金属薄膜１としては、たとえばクロムが用いられる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚を有するクロムが成膜される。
【００５８】
つぎに第３のフォトリソグラフィープロセスで第２の金属薄膜がソース電極５及びドレイン電極６を形成するようにパターニングする。これにより、図３（ｃ）に示す構造が形成される。ソース電極５は、ソース配線とゲート配線が交差する部分にまで亘って形成される。ドレイン電極６は、反射部まで亘って形成される。このプロセスによりＴＦＴ部のオーミックコンタクト膜４の中央部が除去され、半導体能動膜３が露出する。オーミックコンタクト膜４のエッチングは、公知のガス組成（たとえば、ＳＦ6とＯ2の混合ガスまたはＣＦ4とＯ2の混合ガス）でドライエッチングが可能である。
【００５９】
つぎに、プラズマＣＶＤにより第２の絶縁膜７及びスピン塗布、スリット塗布、転写等により有機膜８を形成する。好適な実施例では、第２の絶縁膜７として１００ｎｍの膜厚のＳｉＮが用いられる。また、有機膜８は、公知の感光性有機膜であり、例えば、ＪＳＲ製ＰＣ３３５又はＰＣ４０５等が用いられる。
【００６０】
つぎに第４のフォトリソグラフィープロセスで図３（ｄ）に示す形状にパターニングする。第４のフォトリソグラフィープロセスでは、ハーフトーン露光が用いられる。ハーフトーン露光については、発明の参考の形態２において説明した通りである。このハーフトーン露光と次のエッチングにより、ゲート端子部では、ゲート配線と駆動信号源とを電気的に接続するコンタクトホール部の有機膜が除去され、次のエッチングにより第１の絶縁膜２及び第２の絶縁膜７の双方が除去され、第１の金属薄膜１が露出している。ソース端子部では、第２の絶縁膜７が除去され第２の金属薄膜が露出している。ＴＦＴ部と反射部の間では、第２の絶縁膜が除去されドレイン電極６が露出している。さらに透過部では、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の双方が除去され、第１の絶縁性基板が露出している。また、凹凸部の凹部は、有機膜が残存しているため、第２の絶縁膜は除去されず、有機膜による凹凸が形成される。
【００６１】
つぎに、スパッタリングなどの方法で導電性薄膜９を成膜する。導電性薄膜９としては、液晶表示装置を透過型で構成する場合には透明導電膜であるＩＴＯ、ＳｎＯ₂などを用いることができ、とくに化学的安定性の点からＩＴＯが好ましい。好適な実施例では、導電性薄膜９は、８０ｎｍの膜厚を有するＩＴＯが用いられる。なお、ＩＴＯは、結晶化ＩＴＯ又はアモルファスＩＴＯ（非晶ＩＴＯ）のいずれでもよいが、アモルファスＩＴＯを用いた場合は、第３の金属薄膜成膜前に結晶化温度１８０℃以上に加熱して結晶化させる必要がある。好適な実施例では、２００℃以上に加熱する。
【００６２】
つぎに、第５のフォトリソグラフィープロセスで導電性薄膜９を図３（ｅ）に示されるように画素電極等の形状にパターニングする。導電性薄膜９のエッチングは使用する材料によって公知のウェットエッチング（たとえば、導電性薄膜９が結晶化ＩＴＯからなる場合には塩酸および硝酸が混合されてなる水溶液）などを用いて行うことが可能である。導電性薄膜９がＩＴＯの場合、公知のガス組成（たとえば、ＨＩ、ＨＢｒ）でのドライエッチングによるエッチングも可能である。また、この工程で画素電極を形成することを示したが、その他に対向基板とＴＦＴアレイ基板間を導電性粒子を含む樹脂を用いて電気的に接続するためのトランスファー端子部の導電性薄膜９による電極などが形成される。なお、アモルファスＩＴＯの場合、パターニングは、加熱後であればＩＴＯと同様に、加熱前であれば公知のしゅう酸が混合されてなる水溶液で行なう。
【００６３】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第３の金属薄膜１１を成膜する。第３の金属薄膜としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのうちのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、１００ｎｍの膜厚を有するクロムを成膜後、３００ｎｍの膜厚を有するアルミニウムとＣｕの合金を成膜し、さらに１００ｎｍの膜厚を有するクロムを成膜する。アルミニウムとＣｕの合金が露出していると、次の写真工程の現像時に、ＩＴＯ９の腐食が進むため、これを防止するために最上層にクロムを設けている。なお同様の効果を有する金属としてモリブデン、タンタル、タングステンがある。
【００６４】
つぎに、第６のフォトリソグラフィープロセスで第３の金属薄膜１１及び最上層のクロムを反射電極の形状にパターニングして、反射電極を形成する。なお、金属膜１１がクロムの場合、最上層のクロムと同時にエッチングすることも可能である。第３の金属薄膜１１のエッチングは、公知のエッチャントを用いてウェットエッチングで行うことが可能である。最終的には、図３（ｆ）で示す構造が形成される。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、このように、反射電極１１と導電性薄膜９とが絶縁層を介さずに設けられている点に特徴を有する。
【００６５】
以上の工程によりＴＦＴアレイ基板が６工程のフォトリソグラフィープロセスにより製造され、歩留りを高くすることができる。
【００６６】
発明の参考の形態４．
図４に本発明の参考の形態４にかかる半透過型液晶表示装置の製造プロセスフローを示す。この製造プロセスでは、５回の写真工程を用いて半透過型ａ−ＳｉのＴＦＴアレイを製造している。
【００６７】
まず、絶縁性基板として０．７ｍｍ厚のガラス基板を洗浄して表面を清浄化する。絶縁性基板については、上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００６８】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第１の金属薄膜１を成膜する。第１の金属薄膜１としては、たとえばクロム、モリブデン、タンタル、チタン、アルミニウム、銅やこれらに他の物質を微量に添加した合金などのいずれかからなる１００ｎｍから５００ｎｍ程度の膜厚の薄膜を用いることができる。好適な実施例では、２００ｎｍの膜厚のクロムが用いられる。第１の金属薄膜１についても上述の発明の実施の形態１において説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
つぎに、第１のフォトリソグラフィープロセスで第１の金属薄膜１をゲート電極１およびゲート配線、補助容量電極２および補助容量配線をパターニングする。これにより、図４（ａ）で示される構造が形成される。この構造の製造方法についても上述の発明の実施の形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００７０】
つぎに、第１の絶縁膜２、半導体能動膜３、オーミックコンタクト膜４、第２の金属薄膜を連続で成膜する。好適な実施例では、ゲート絶縁膜２となる第１の絶縁膜としては、３００ｎｍのＳｉＮと、１００ｎｍのＳｉＮの積層膜が用いられる。また、半導体能動膜３としては、１５０ｎｍのｉ−ａ−Ｓｉ膜が用いられる。さらに、オーミックコンタクト膜４としては、３０ｎｍのｎ−ａ−Ｓｉ膜が用いられる。第２の金属薄膜としては、２００ｎｍのクロムが用いられる。これらのＳｉＮ膜、ａ−Ｓｉ膜、ｎ−ａ−Ｓｉ膜は、プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、オーミック成膜時にはＰＨ３をドープしてｎ−ａ−Ｓｉ膜を形成する。Ｃｒ成膜については、例えばＤＣマグネトロン型スパッタ装置を用いて成膜する。
【００７１】
つぎに第２のフォトリソグラフィープロセスでソース配線、ソース端子部金属パッド、ドレイン電極、半導体能動膜３等を形成するためのレジストパターンを形成する。第２のフォトリソグラフィープロセスでは、ハーフトーン露光が用いられる。ハーフトーン露光について、発明の参考の形態２において説明した通りである。また、この工程も発明の参考の形態２において説明した通りであるため説明を省略する。このようにして、図４（ｂ）に示す構造が形成される。
【００７２】
その後１３０℃から１４０℃でオーブンベークを実施した後、（ＮＨ₄）2［Ｃｅ（ＮＯ₃）₆］＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ液を用いてＣｒ膜をエッチングする。
【００７３】
つぎに、プラズマＣＶＤにより第２の絶縁膜７及び有機膜８を形成する。好適な実施例では、第２の絶縁膜７として１００ｎｍの膜厚のＳｉＮが用いられる。また、有機膜８は、公知の感光性有機膜であり、例えば、ＪＳＲ製ＰＣ３３５又はＰＣ４０５等が用いられる。
【００７４】
つぎに、第３のフォトリソグラフィープロセスで図４（ｃ）に示す形状にパターニングする。第３のフォトリソグラフィープロセスでは、ハーフトーン露光が用いられる。この工程は、発明の参考の形態３で説明した通りであり、説明を省略する。
【００７５】
つぎに、スパッタリングなどの方法で導電性薄膜９を成膜する。導電性薄膜９としては、液晶表示装置を透過型で構成する場合には透明導電膜であるＩＴＯ、ＳｎＯ2などを用いることができ、とくに化学的安定性の点からＩＴＯが好ましい。好適な実施例では、導電性薄膜９は、８０ｎｍの膜厚を有するＩＴＯが用いられる。
【００７６】
つぎに、第４のフォトリソグラフィープロセスで導電性薄膜９を図４（ｄ）に示されるように画素電極等の形状にパターニングする。この工程は、発明の参考の形態３で説明した通りであり、説明を省略する。
【００７７】
つぎに、スパッタリングなどの方法で第３の金属薄膜１１を成膜する。この工程も発明の参考の形態３で説明した通りであり、説明を省略する。さらに、第５のフォトリソグラフィープロセスで第３の金属薄膜１１を反射電極の形状にパターニングして、反射電極を形成する。最終的には、図４（ｅ）で示す構造が形成される。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、このように、反射電極１１と導電性薄膜９とが絶縁層を介さずに設けられている点に特徴を有する。
【００７８】
以上の工程によりＴＦＴアレイ基板が５工程のフォトリソグラフィープロセスにより製造され、歩留りを高くすることができる。
【００７９】
発明の実施の形態５．
図８に本発明の実施の形態５にかかる半透過型液晶表示装置の構成を示す。この構成は実施の形態１から４のいずれでも実現可能であるが、本実施の形態は、実施の形態１に示すプロセスフローにより形成させた例について示す。
【００８０】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、第１あるいは第２の金属薄膜と透過電極（導電性薄膜９）の接続部すなわち第１あるいは第２の絶縁膜に設けられたコンタクトホール部分の少なくとも一部の透過電極を除去し、この部分を第３の金属薄膜１０あるいは１１で覆う構造としている。このとき、第３の金属薄膜１０、１１は、導電性薄膜９及び第１あるいは第２の金属薄膜の両方に接続されていることを特徴とする。
このような構成においては、以下のような効果を有する。一般的にコンタクトホールを介した透過電極と金属薄膜の接続抵抗は、コンタクトホールを介した金属薄膜と金属薄膜の接続抵抗に比べ高くなる。したがって、上記のような構成にすることで、透過電極と第１あるいは第２の金属薄膜との接続抵抗を低減できる。
【００８１】
以上の構成により、ＴＦＴアレイ基板における各配線と透過電極の接続抵抗が低減でき、接続抵抗の増加により生じる表示不良を抑制でき、歩留りを高くすることができる。
【００８２】
発明の実施の形態６．
図９に本発明の実施の形態６にかかる半透過型液晶表示装置の構成を示す。この構成は、実施の形態１から４のいずれでも実現可能であるが、この実施の形態６では、実施の形態１のプロセスフローにより形成させた例について示す。
【００８３】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置では、画素部において有機膜上の透過電極（導電性薄膜９）が第３の金属薄膜１０、１１により包含されていることを特徴とする。
このような構成においては、以下の効果を有する。一般的に有機膜上に形成される透過電極（導電性薄膜９）と、その透過電極上に絶縁膜を介さずに形成される金属薄膜の密着力は、有機膜上に直接形成された金属薄膜より低く、以降の製造工程中に有機膜上の透過電極と、その透過電極上に形成された金属薄膜が剥離する問題が生じる。この課題に対し、本実施の形態のような構成をとることで金属薄膜の剥離が著しく改善する。好適な例としては、透過電極を１μｍ以上金属薄膜の内側に包含する構成がよい。なお、絶縁基板上の透過電極と、金属薄膜の密着力は良好であり、透過部開口部では透過電極と金属薄膜の剥離の問題は生じない。
【００８４】
以上の構成により、ＴＦＴアレイ基板における透過電極と第３の金属薄膜の剥離を抑制でき、歩留りを高くすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な製造工程により高歩留りを実現する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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置のプロセスフローを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置のプロセスフローを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置のプロセスフローを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態４にかかる液晶表示装置のプロセスフローを示す図である。
【図５】有機膜の塗布、露光及び現像により凹凸を形成する場合の原理図である。
【図６】本発明において用いられるハーフトーンマスクの構成例を示す図である。
【図７】その他の実施の形態にかかる液晶表示装置のプロセスフローを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５にかかる液晶表示装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６にかかる液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１第１の金属薄膜２第１の絶縁膜
３半導体能動膜４オーミックコンタクト膜
５ソース電極６ドレイン電極
７第２の絶縁膜８有機膜
９導電性薄膜１０，１１第３の金属薄膜

Claims

液晶層を挟んで互いに対向して配置された１対の基板のうちの一方の基板上に、外光を反射する反射部を構成する反射電極と、
背面光源からの光を透過する透過部を構成する透過電極とを１画素内に構成する画素電極を備えた液晶表示装置であって、
前記一方の基板上に形成され、ゲート電極と同一層からなる第１の金属薄膜と、
前記第１の金属薄膜と第１の絶縁膜を介して形成され、ソース電極及びドレイン電極と同一層からなる第２の金属薄膜と、
前記第１の金属薄膜及び前記第２の金属薄膜よりも上層に第２の絶縁膜を介して形成される前記透過電極と同一層からなる導電性薄膜と、
前記導電性薄膜上に絶縁層を介さずに設けられる前記反射電極と同一層からなる第３の金属薄膜とを有し、
前記第１の絶縁膜あるいは前記第２の絶縁膜に空けられたコンタクトホールを介した、前記導電性薄膜と前記第１の金属薄膜との間の接続部、あるいは前記導電性薄膜と前記第２の金属薄膜との間の接続部において、前記導電性薄膜は前記コンタクトホール部分の一部において除去され、その部分が前記第３の金属薄膜により覆われ、前記第３の金属薄膜が前記第１の金属薄膜あるいは、前記第２の金属薄膜に前記導電性薄膜を介さずに直接に接続されている液晶表示装置。
画素部において、ＴＦＴ部の半導体膜がソース配線下部まで連続形状で残存させたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。