JP2007010956A - 表示装置およびその製造方法。 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スルーホールに関する製造歩留りを向上する。
【解決手段】基板に設けられた第1導電層と、前記第1導電層上に2層以上の絶縁膜を介して設けられた第2導電層とを有し、前記第1導電層と第2導電層がスルーホールで接続された表示装置であって、前記スルーホール部で、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第1導電層側に配置された絶縁膜の開口側面が、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第2導電層側に配置された絶縁膜で覆われる部分と露出する部分を有する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、表示装置およびその製造方法に関する。
スルーホールは、種々の電気機器に用いられている。一例として、表示装置では、TFTのソース電極と画素電極の接続部に用いられている。このソース電極と画素電極の間は1層または2層以上の絶縁膜が形成されており、この絶縁膜に形成されたスルーホールによって画素電極とソース電極が接続されている(たとえば、特許文献1を参照。)。
前記特許文献1では、絶縁膜を2層とした場合、スルーホール部で、上層の絶縁膜の開口が下層の絶縁膜の開口より小さい場合(特許文献1の図8を参照。)、および上層の絶縁膜の開口が下層の絶縁膜の開口より大きい場合(特許文献1の図3を参照。)をそれぞれ開示する。
前記絶縁膜を2層とすることには、絶縁層の下層と上層の絶縁性を向上できるという利点があり、寄生容量の低減による画質向上や、短絡不良の低減に有効である。
特開平11−326949号公報
しかし、スルーホール部に多層の絶縁膜を有する構成では、結果的に歩留りが向上しない場合があることが判明した。その要因を本願発明者が検討した結果、以下のことが判明した。
(A)特許文献1の図3のような、スルーホール部で上層の絶縁膜の開口が下層の絶縁膜の開口より大きい場合、構造的にスルーホールの側面に段差やエッジが生じる。そのため、前記画素電極が前記段差やエッジにより断線しやすく、歩留り低下の要因になるということが判明した。
(B)特許文献1の図8のような、スルーホール部で上層の絶縁膜の開口が下層の絶縁膜の開口より小さい場合、スルーホールの側面は上層の絶縁膜のみが露出するため、段差やエッジが低減し、歩留り低下を抑制することができる。しかし、この特許文献1の図8の構成の場合には、構造上ソース電極と画素電極のコンタクトが実現しているにも関わらず、電気的な接続が不十分となり、点欠陥が多発することが判明した。
このため、いずれの構成でも、短絡不良は低減しても、新たな歩留り低下要因が生じるということを見出した。
本発明の目的は、2層以上の絶縁膜を通して形成されたスルーホール部を有しながら、歩留りを改善する技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
本願において開示される発明の概略を説明すれば、以下の通りである。
(1)基板に設けられた第1導電層と、前記第1導電層上に2層以上の絶縁膜を介して設けられた第2導電層とを有し、前記第1導電層と第2導電層がスルーホールで接続された表示装置であって、前記スルーホール部で、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第1導電層側に配置された絶縁膜の開口側面は、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第2導電層側に配置された絶縁膜で覆われる部分と露出する部分を有する表示装置である。
(2)前記(1)において、前記第1導電層側に配置された絶縁膜の開口底面の外周と、前記第2導電層側に配置された絶縁膜の外周が交差している表示装置である。
(3)前記(1)または(2)において、前記基板が複数の画素を有する基板であり、前記第2導電層が画素電極である表示装置である。
(4)前記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記第1導電層側に配置された絶縁膜と、前記第2導電層側に配置された絶縁膜が異なる材料である表示装置である。
(5)前記(4)において、前記第1導電層側に配置された絶縁膜は無機絶縁膜であり、前記第2導電層側に配置された絶縁膜は有機絶縁膜である表示装置である。
(6)基板上に形成された第1導電層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第2導電層を形成して前記第1導電層と第2導電層を前記絶縁膜の開口部で接続する工程とを有する表示装置の製造方法であって、前記絶縁膜を形成する工程は、前記第1導電層上に第1の開口部を有する第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1の開口部の側面を覆う部分と露出する部分があるように、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を第2の開口部を有して形成する工程とを有する表示装置の製造方法である。
(7)前記(6)において、前記第1の開口部はドライエッチングで形成される表示装置の製造方法である。
(8)前記(7)において、前記第2絶縁膜を第2の開口部を有して形成する工程は、第2絶縁膜の材料を塗布または印刷する工程と、その後開口を形成する工程とを有する表示装置の製造方法である。
スルーホール部に2層の絶縁膜を有する場合、下層の絶縁層の下にある導電層は、第1の絶縁層のエッチング時と、第2の絶縁層のエッチング時の2回にわたりエッチングによるダメージが与えられ、表面の荒れ、変質に繋がる。これにより接続抵抗が増加することになる。そのため、多層の絶縁層を有する構成では、単層の絶縁層の場合に比べ、本質的に接続不良が生じやすいものとなっている。
発明者が絶縁膜エッチング時の挙動を検討した結果、エッチングの進行と同時に絶縁膜の側面が後退する、すなわちスルーホールの形状が徐々に拡大するようにエッチングが進行することが判明した。このため、スルーホールの外周部は実質的にエッチングにさらされる時間が短くなり、スルーホール最外周部ではエッチングによる導電層のダメージが低いものとなることを見出した。そして、コンタクト抵抗低減には、上層の導電層と下層の導電層をこの外周部でコンタクトさせることが有効であることを見出すに至った。
この知見を元に前記(A),(B)の構成を検討すると次のようになる。
まず、(A)の構成では下層の絶縁層スルーホールの最外周部がコンタクトに利用できるため、接続抵抗増加による接続不良の発生は解消できる。しかし、断線による接続不良が発生しやすい。
また、(B)の構成では下層の絶縁層スルーホールの最外周部がコンタクトに利用できないため、接続抵抗増加による接続不良が発生しやすい。しかし、断線による接続不良は解消できる。
このため、(A),(B)のいずれでも歩留り低下の要因を有することになる。このような発生原因の解明を通じ、本発明では歩留り低下要因の解消を実現した。
すなわち、本発明の表示装置では、前記手段(1)のように、前記第1導電層側の第1絶縁膜の開口側面の一部分がスルーホールに露出し、残りの部分は第2導電層側の第2絶縁膜に覆われた状態になっている。これにより、外周部でのコンタクトを実現しつつスルーホール部での第2導電層の断線を防止することが初めて可能となり、歩留り低下要因の構造的解消が実現する。
これは、別の言い方をすれば、前記手段(2)のように、前記第1の絶縁膜の開口底面の外周と、前記第2の絶縁膜の開口底面の外周が交差している。このような表示装置において、前記第1導電層と第2導電層をスルーホールで接続するときには、たとえば、前記手段(6)のような製造方法で接続する。このとき、前記1層目の絶縁膜の開口は、たとえば、前記手段(7)のようにドライエッチングで形成するので、前記1層目の絶縁膜の開口底面に露出した第1導電層は表面が荒れてしまう。しかしながら、前記第1配線の露出面の外周部は表面の荒れが比較的少ない。そのため、前記表面の荒れが少ない外周部を部分的に露出させることで、前記第1導電層と第2導電層の接続不良、コンタクト抵抗の上昇を抑えることができる。
また、前記第1の絶縁膜をドライエッチングで開口した場合、開口側面にエッジが生じる。しかしながら、たとえば、前記手段(8)のように塗布または印刷により前記第2の絶縁膜を形成すれば、前記第1の絶縁膜を覆うなめらかな開口側面が得られる。そのため、前記第1の絶縁膜のエッジにより前記第2導電層が断線する可能性を低減することができる。
また、前記第2導電層は、たとえば、前記手段(4)のような画素電極であり、前記第1導電層は、たとえば、TFT素子のソース電極である。
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明では、下層の導電層と上層の導電層の間に多層の絶縁膜を有し、スルーホールで下層と上層の導電層を接続する電気機器での歩留り向上を図る。一例として、表示装置では、たとえば、TFT素子のソース電極と画素電極をスルーホールで接続するときに、前記ソース電極と隣接する第1の絶縁膜の開口側面の一部を、前記画素電極と隣接する第2の絶縁膜で覆う。これにより前記ソース電極と前記画素電極のコンタクト抵抗の上昇を抑えるとともに、前記画素電極の開口側面での断線の可能性を低減する。
図1は液晶表示パネルの概略構成を示す平面図、図2は図1のA−A’線断面図、図3は1画素の構成例を示す平面図、図4は図3のB−B’線断面図、図5は図3の領域L1の模式平面図、図6は図5のC−C’線断面図、図7は図5のD−D’線断面図である。
図1および図2において、1は基板(TFT基板)、2は基板(対向基板)、3はシール材、4は液晶材料である。また、図3乃至図7において、100は基板、101はゲート配線、102は第1絶縁膜、103はアモルファスシリコン膜、104はドレイン配線、105はソース電極、106は画素電極、107は第2絶縁膜、108は第3絶縁膜、109は保持容量配線である。
本実施例の表示装置は、液晶表示パネルを用いた表示装置であり、図1および図2に示すように、2枚の基板1,2が環状のシール材3で接着されており、前記2枚の基板1,2の間に液晶材料4が充填されている。前記液晶表示パネルは、たとえば、液晶テレビやPC(Personal Computer)用の液晶ディスプレイなどの表示装置、ノートブック型のPCや携帯電話端末のディスプレイなどに用いられる。
前記液晶表示パネルにおいて、前記2枚の基板1,2のうち一方の基板1は、たとえば、TFT素子などのスイッチング素子がマトリクス状に配置されたTFT基板である。また、他方の基板2は、カラーフィルタなどが設けられた対向基板である。
このとき、前記TFT基板1のTFT素子は、たとえば、図3および図4に示したように、ガラス基板などの透明基板100上に設けられたゲート配線101と、前記ゲート配線101上に第1絶縁膜102を介して設けられたアモルファスシリコン膜103、ドレイン配線104、ソース電極105によって構成される。またこのとき、ゲート配線101は、紙面水平方向に延びており、紙面上下方向に複数本配置されている。また、ドレイン配線104は、紙面上下方向に延びており、紙面水平方向に複数本配置されている。そして、ゲート配線101およびドレイン配線104で囲まれた領域が1画素に相当し、たとえば、各領域に1個の割合で前記TFT素子が配置されている。
また、ゲート配線101およびドレイン配線104で囲まれた領域内には、たとえば、ITOを用いた画素電極(透明電極)106が設けられている。このとき、画素電極106は、たとえば、前記ソース電極105などが設けられた導電層上に、第2絶縁膜107および第3絶縁膜108の2層の保護絶縁膜を介在させて設けられている。またこのとき、前記画素電極106は、前記ソース電極105とスルーホールで接続されている。
前記ソース電極105と前記画素電極106の接続部は、図3でL1と表示される領域として模式的に示される。この領域L1の領域の構造をより詳細に説明する。図5はスルーホールの詳細な構造の一例の平面図である。図6は図5のC−C’部の模式断面構造、図7は図5のD−D’部の模式断面構造である。本実施例の表示装置では、ソース電極105上に設けられた第2絶縁膜107および第3絶縁膜108を開口してソース電極105を部分的に露出させ、前記画素電極106と電気的に接続している。このとき、前記ソース電極105側に配置された第2絶縁膜107の開口底面の外周107aと、前記画素電極106側に配置された第3絶縁膜108の開口底面の外周108aは、図5に示すように交差している。つまり、第2絶縁膜107の開口側面107bは、たとえば、図6に示すように前記第3絶縁膜108で覆われた部分と、図7に示すように露出して前記画素電極106と接している部分が混在している。なお、図5では第2絶縁膜の露出部が上下2方向、覆われる部分が左右2方向となっているが、少なくとも露出部が1方向、覆われる部分が1方向あればよい。しかし多方向とすることで冗長性が向上する、また交差形状とすることで、多少の合わせずれがあっても露出部と交差部の双方を合わせ持つ構成を安定的に実現できるため、量産性が向上する。
なお、上記にて説明の概念は液晶表示装置以外の表示装置、たとえば、EL(Electroluminescence),PDP(Plasma Display Panel),FED(Field Emission Display)等に適用できる。また、表示装置に限らず、前記スルーホールでの接続を有する電気機器一般に適用できる。この場合、下層の導電層と上層の導電層の間に2層の絶縁膜があり、そこにスルーホールを形成する場合に適用することができる。
また、前記第2絶縁膜107と第3絶縁膜108は同じ材料でも良い。この場合、第2絶縁膜と第3絶縁膜を一括でエッチングする際は本発明の範疇外である。何故なら、第2絶縁膜と第3絶縁膜には同心状に連続してスルーホールが形成されるため、本発明の課題自体が生じないためである。
しかし、第2絶縁膜107のスルーホールと第3絶縁膜108のスルーホールを別の工程で形成する場合は、本発明の対象とする課題が生じるため、本発明のスルーホール形状の適用が有効である。
また、第2絶縁膜107と第3絶縁膜108の材料が異なる際には、仮に一括でエッチングしてもエッチングレートの差により段差が生じてしまう。このため、本発明のスルーホール形状の適用が有効となる。
また、図5乃至図7は、絶縁層が2層の場合であるが、3層以上の場合であっても同様である。ただし、この際には本願の効果を奏するには絶縁層のエッチングは2回までとする必要がある。このため、3層以上の絶縁層の場合、複数層のエッチングを一括で行えば良い。
図8は、電気機器の、3層以上の絶縁膜があるスルーホール接続部の一例を示す平面図である。また、図9は図8のE―E'線断面図、図10は図8のF−F’線断面図である。また、図8乃至図10において、500は基板、509が下層導電層、506が上層導電層、502は第1絶縁膜、507は第2絶縁膜、508は第3絶縁膜である。この場合、下層導電層509上に設けられた第1絶縁膜502および第2絶縁膜507、ならびに第3絶縁膜508を開口して下層導電層509を部分的に露出させる。この部分で下層導電層509は上層導電層506と電気的に接続している。このとき、下層導電層509の直上にある第1絶縁膜502の開口底面の外周502aと、上層導電層506の直下にある第3絶縁膜508の開口底面の外周508aは、図8に示すように交差している。またこのとき、第1絶縁膜502および第2絶縁膜507の開口側面502b,507bは、たとえば、図9に示すように前記第3絶縁膜508で覆われた部分と、図10に示すように露出して上層導電層506と接している部分が混在している。
このとき、第1絶縁膜502と第2絶縁膜507は一括エッチングにより連続した形状としている。このとき、第1絶縁膜502と第2絶縁膜507の間に段差が生じるのを防ぐために、第1絶縁膜502と第2絶縁膜507は同一材料(たとえば、両方共SiN)であることが必要である。
図11乃至図15は、スルーホールの製造工程を説明するための模式図である。図5のスルーホールを形成する場合を例に説明する。図11は第2絶縁膜を開口する工程の平面図、図12は図11のG−G’線断面図、図13は第3絶縁膜を形成する工程の平面図、図14は図13のH−H’線断面図、図15は図13のJ−J’線断面図である。
まず、ガラス基板などの基板100の表面に、ゲート配線101や保持容量配線109を形成する。次に、第1絶縁膜102を形成した後、アモルファスシリコン膜103を形成する。次に、ドレイン配線104やソース電極105を形成する。そして、アモルファスシリコン膜103、ドレイン配線104およびソース電極105上に第2絶縁膜107を形成する。第1絶縁膜102、第2絶縁膜107は、たとえば、SiNで形成する。
次に、ソース電極105上の第2絶縁膜107を開口する。この開口は、前記ソース電極105と前記画素電極106を接続するためのスルーホールの一部となり、たとえばドライエッチングで形成される。平面図である図11、および図11のG−G’断面図である図12を用いて説明する。まず第2絶縁膜107上に、エッチングする領域6Aが開口したエッチングレジスト6を形成する。このエッチングレジスト6の形状は、たとえば、フォトリソグラフィー法を用いて形成する。そして、前記エッチングレジスト6の開口底面に露出した第2絶縁膜107をドライエッチングで除去し、開口する。このとき、ドライエッチングは、等方性エッチングであるため、図11および図12に示したように、エッチングレジスト6の開口領域6Aの外側DLの領域部分の第2絶縁膜107も、第2絶縁膜107が後退しながらエッチングされる。この結果、第2絶縁膜107の開口底面が、前記エッチングレジスト6の開口底面よりも広くなる。
前記ドライエッチングは、たとえば、SF6などの反応性ガスをプラズマ化して、前記開口底面に露出した前記第2絶縁膜107と反応させ、前記第2絶縁膜107を除去する。このとき、前記第2絶縁膜107の開口底面に前記ソース電極105を十分に露出させるため、前記ソース電極105が前記反応性ガスと反応してしまい、表面が荒れたり、膜厚が薄くなったりする。このため、エッチングレジスト6の開口部6Aの領域では、ソース電極の接続抵抗は高いものとなってしまう。一方、開口部6Aの外側DLの領域では、第2絶縁膜107が後退エッチングされる領域のため、ソース電極105がプラズマに晒される時間が開口部6Aの領域より相対的に短く、その分プラズマによるダメージが回避でき、接続抵抗は低い状態を維持することが出来る。そして最外周部は最も接続抵抗が低い領域となり、この部分をコンタクトに活用することが接続抵抗の低抵抗化に有効であることが理解される。
第2絶縁膜107を開口したら、エッチングレジスト6を除去し、第3絶縁膜108を、たとえば、液状の有機絶縁材料を印刷または塗布した後、乾燥させる。この有機材料自体に、たとえば、アクリル系有機材料を用いて感光性を持たせることにより、第2絶縁膜107のエッチング時のエッチングレジスト6の機能を第3絶縁膜108自体に兼用させることが出来る。
第3絶縁膜108の開口に関し、図13乃至図15を用いて説明する。有機絶縁材料は、たとえば図13に示すように、第3絶縁膜108の開口底面の外周108aが、前記第2絶縁膜107の開口底面の外周107aと交差するような形状に露光し、エッチングする。
図14は、図13のH−H’線断面図、図15は図13のJ−J’線断面図である。
図14は、第2絶縁膜107の開口側面107bが第3絶縁膜108で覆われている部分である。この部分は、第3絶縁膜108の表面がなめらかに前記ソース電極105まで達した状態になる。この後、第3絶縁膜108上に画素電極106を形成したときには、図6に示すように前記画素電極106がなめらかに前記ソース電極105と接続されるため、断線が起こりにくくなる。
図15は、第2絶縁膜107の開口側面107bが露出している部分である。この部分は、第3絶縁膜108の表面が第2絶縁膜107との界面まで達した後、第2絶縁膜107のエッジを通ってソース電極105に達する。このとき、第2絶縁膜107の開口底面に露出したソース電極105の露出領域のうち、エッチングレジスト6の開口底面の外側であった領域DL、言い換えると、第2絶縁膜107の開口底面の外周付近は、反応性ガスによるダメージ、すなわち表面の荒れなどが少ない。そこで、図13および図15に示したように、第2絶縁膜107の開口側面107bを部分的に露出させておけば、ソース電極105のダメージが少ない領域DLを露出させることができる。そのため、この後、第3絶縁膜108上に画素電極106を形成したときに、図7に示すように、前記ソース電極のダメージが少ない領域DLと画素電極106を接続できるので、コンタクト抵抗の上昇を抑え、点欠陥の発生を低減することができる。
このように、本実施例の概念を適用した電気機器や表示装置では、多層の絶縁層に形成されたスルーホールにより下層の導電層と上層の導電層を接続する際に、コンタクト抵抗の上昇を抑えることができる。同時に、スルーホール側面での断線を起こりにくくすることができる。これにより歩留りの低下要因を構造的に解消することができる。
また、スルーホール形状は、図16に示すような矩形状であってもよい。また、図示は省略するが、前記第2絶縁膜107の開口底面の外周107aと前記第3絶縁膜108の開口底面の外周108aが交差し、前記第2絶縁膜の開口側面107bの一部が前記第3絶縁膜108で覆われていればよいので、図5または図16に示したような形状の組み合わせに限らず、種々の組み合わせが考えられることはもちろんである。
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
表示パネルの概略構成を示す平面図である。 表示パネルの概略構成を示す模式図であり、図1のA−A’線断面図である。 本発明による一実施例の表示パネルの概略構成を示す模式図であり、画素の構成例を示す平面図である。 図3のB−B’線断面図である。 図3の領域L1部の説明図である。 図5のC−C’線断面図である。 図5のD−D’線断面図である。 本発明による一実施例の概略構成を示す模式平面図である。 図8のE−E’線の断面説明図である。 図8のF−F’線の断面説明図である。 本発明の表示パネルの製造方法を説明するための模式図であり、第2絶縁膜を開口する工程の平面説明図である。 図11のG−G’線断面図である。 本発明の表示パネルの製造方法を説明するための模式図であり、第3絶縁膜を形成する工程の平面説明図である。 図13のH−H’線断面図である。 図13のJ−J’線断面図である。 本発明のスルーホールの形状の一例である。
符号の説明
1…基板(TFT基板)
100,500…基板
101…ゲート配線
102,502…第1絶縁膜
103…アモルファスシリコン膜
104…ドレイン配線
105…ソース電極
106…画素電極
107,507…第2絶縁膜
107a…第2絶縁膜の開口底面の外周
107b…第2絶縁膜の開口側面
108,508…第3絶縁膜
108a…第3絶縁膜の開口底面の外周
109…保持容量配線
2…基板
3…シール材
4…液晶材料
502a…第1絶縁膜の開口底面の外周
502b…第1絶縁膜の開口側面
506…上層導電層
509…下層導電層
6…エッチングレジスト

Claims (8)

  1. 基板に設けられた第1導電層と、前記第1導電層上に2層以上の絶縁膜を介して設けられた第2導電層とを有し、前記第1導電層と第2導電層がスルーホールで接続された表示装置であって、
    前記スルーホール部で、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第1導電層側に配置された絶縁膜の開口側面は、前記2層以上の絶縁膜のうち前記第2導電層側に配置された絶縁膜で覆われる部分と露出する部分を有することを特徴とする表示装置。
  2. 前記第1導電層側に配置された絶縁膜の開口底面の外周と、前記第2導電層側に配置された絶縁膜の外周が交差していることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記基板が複数の画素を有する基板であり、前記第2導電層が画素電極であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第1導電層側に配置された絶縁膜と、前記第2導電層側に配置された絶縁膜が異なる材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記第1導電層側に配置された絶縁膜は無機絶縁膜であり、前記第2導電層側に配置された絶縁膜は有機絶縁膜であることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
  6. 基板上に形成された第1導電層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第2導電層を形成して前記第1導電層と第2導電層を前記絶縁膜の開口部で接続する工程とを有する表示装置の製造方法であって、
    前記絶縁膜を形成する工程は、前記第1導電層上に第1の開口部を有する第1絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1の開口部の側面を覆う部分と露出する部分があるように、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を第2の開口部を有して形成する工程とを有することを特徴とする表示装置の製造方法。
  7. 前記第1の開口部はドライエッチングで形成されることを特徴とする請求項6に記載の表示装置の製造方法。
  8. 前記第2絶縁膜を第2の開口部を有して形成する工程は、第2絶縁膜の材料を塗布または印刷する工程と、その後開口を形成する工程とを有することを特徴とする請求項7に記載の表示装置の製造方法。
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