DE69109547T2 - Verfahren zur Herstellung eines Substrates für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elernentsubstrats, auf dern nichtlineare Vorrichtungen in einern Matrixmuster korreliert mit dem Anzeigeschirm einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung angeordnet sind.
• Fig. 8 zeigt eine Teildraufsicht auf ein Elementsubstrat des Standes der Technik, bei dem Metall- Isolator-Metall-(MIM)-Vorrichtungen zur Ansteuerung der Pixel einer Anzeigevorrichtung verwendet werden. Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I' in Fig. 8. Ein auf einem transparenten Substrat 27 ausgebildeter erster Leiter 21 ist mit Ausnahme des Seitenabschnitts 22, welcher mit einem Isolator 24 bedeckt ist, mit einer Sperrschicht 23 bedeckt. Die Sperrschicht ist ein Isolator, dessen elektrischer Widerstand so hoch ist, daß er als Isolator einer MIM-Vorrichtung ungeeignet ist. Ein zweiter Leiter 25 ist auf dem Isolator 24 ausgebildet und erstreckt sich an einem Ende über die Sperrschicht 23 und an dem anderen Ende auf das Substrat 27. Eine auf dem Substrat 27 ausgebildete Pixelelektrode 26 ist mit dem zweiten Leiter 25 verbunden. Lediglich der seitliche Abschnitt 22, 24, 25 der in Fig. 9 gezeigten Struktur bildet die nichtlineare MIM-Vorrichtiing, die zur Ansteuerung der Pixelelektrode 26 der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird. Infolge dieses Aufbaus kann der Oberflächenbereich der MLM-Vorrichtung relativ klein sein. Diese Technologie eignet sich zur Erzielung einer hohen Dichte und eines hohen Grads an Feinheit in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die MIM- Vorrichtungen zur Ansteuerung der Pixel verwendet.
• Fig. 10 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung des Elementsubstrats des Standes der Technik nach den Fig. 8 und 9.
• In einem Schritt (a) wird ein Film 21' für den ersten Leiter 21 auf dem transparenten Substrat 27 ausgebildet. (Dies schließt die Bildung eines transparenten Basisfilms ein.) Im Schritt (b) wird oben auf dem Film 21' eine Sperrschicht 23' ausgebildet. Im Schritt (c) erfolgt eine Musterung durch gleichzeitiges Photoatzen des ersten Films 21' und der Sperrschicht 23', was zu dem ersten Leiter 21 und einem aus der Sperrschicht 23 gebildeten ersten Isolator führt. Im Schritt (d) wird ein zweiter Isolator (Film) ar der Seite des ersten Leiters 21 ausgebildet. Im Schritt (e) werden jeweils der zweite Leiter 25 und die Pixelelektrode 26 ausgebildet und gemustert.
• Die Hauptabschnitte des ersten Leiters 21, des zweiten Isolators 24 und des zweiten Leiters 25 werden die MIM-Vorrichtung bilden.
• Ta, Al, Au, ITO, NiCr+Au und ITO+Cr sind als Materialien für die Leiter einer MIM Vorrichtung bekannt. Bekannte Materialien für den zweiten Isolator sind TaOx, SiOx, SiNx, SiOxNy, TaNx und ZnOx. Der zweite Isolator wird durch thermische Oxidation, anodische Oxidation oder durch einen anderen Prozeß wie etwa Sputtern gebildet.
• Für die Sperrschicht ist zusätzlich zu den für den zweiten Isolator verwendeten anorganischen Materialien die Verwendung eines organischen Materials wie Polyimid bekannt.
• Die besten für eine MIM-Vorrichtung bekannten Materialien sind Ta (Tantal) für den ersten Leiter 21, TaOx (Tantaloxid) für den zweiten Isolator 24 und Cr (Chrom) für den zweiten Leiter 25, d.h. ein Ta/TaOx/Cr-Aufbau.
• Ein dem oben erläuterten Stand der Technik anhaftender Nachteil ist, daß die Ausbeute extrem niedrig ist, was die Vorrichtung inpraktikabel macht. Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. Die Schritte (a) bis (e) in Fig. 11 entsprechen den Schritten (a) bis (e) in Fig. 10. Wenn beim Schritt (c) geätzt wird, dann hat eine Oxid- oder Nitrid-Sperrschicht 23 allgemein eine niedrigere Ätzrate als der erste Leiter 21. Im Fall von Ta und TaOx beträgt die Ätzrate von TaOx etwa die Hälfte derjenigen von Ta. Im Fall von TaNx ist der Unterschied der Ätzraten sogar noch größer. Als Folge der unterschiedlichen Ätzraten erhält der erste Leiter 21, wie im Schritt (c) in Fig. 11 gezeigt, eine überhängende Form. Im nachfolgenden Schritt (d) wird der zweite Isolator 24 (TaOx) gebildet, und im Schritt (e) werden der zweite Leiter 25 (Cr) und die Pixelelektrode 26 ausgebildet. Wie in Fig. 11 (e) gezeigt, kann infolge der überhängenden Form des ersten Leiters 21 eine Unterbrechung im zweiten Leiter 25 auftreten. Selbst wenn jedoch eine solche Unterbrechung nicht auftritt, besteht ein weiteres Problem darin, daß der Oberflächenbereich der lateralen MIM-Vorrichtung nicht gesteuert werden kann, da die Form (Verjüngung) der Seiten des ersten Leiters 21 nicht gesteuert werden kann.
• Den Oberflächenbereich der MIM-Vorrichtung nicht steuern zu können, bedeutet, daß die Anzeigebedingung der Pixel der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nicht gesteuert werden kann, was ein fataler Fehler ist. Daher ist, wie oben erwähnt, das Problem des bekannten Verfahrens eine extrem schlechte Ausbeute sowie die praktische Undurchführbarkeit.
• Verfahren zur Herstellung vom MIM-Vorrichtungen auf Substraten sind durch die JP-A- 61 162 048 und JAPAN DISPLAY 1983, Seiten 404-407; S. MOROZUMI et al: "A 250x250 element LCD addressed by lateral MIM" offenbart.
• Die Erfindung beabsichtigt das oben erläuterte Problem des Standes der Technik zu lösen, und ihre Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Elementsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, welches zu einer hohen Ausbeute führt.
• Diese Aufgabe wird mit Verfahren gelöst, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht werden.
• Eine weitere spezielle Ausführungsform der Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch beansprucht.
• Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen:
• Fig. 1 Verfahrensschritte zur Erlauterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 2 eine Darstellung von Einzelheiten bezüglich der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
• Fig. 3 Verfahrensschritte zur Eläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 4 eine Darstellung von Einzelheiten bezüglich der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
• Fig. 5 und 6 Darstellungen zur Erläuierung einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind,
• Fig. 7 eine Darstellung zur Erläulerung einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist,
• Fig. 8 eine Teildraufsicht auf ein bekanntes Elementsubstrat einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist,
• Fig. 9 eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I' in Fig. 8 ist, und
• Fig. 10 und 11 Verfahrensschritte eilles Verfahrens gemäß dem Stand der Technik zeigen.
• Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Die Schritte (a) bis (f) in Fig. 1 sind die grundsätzlichen Schritte, die einer allgemeinen Beschreibung des Verfahrens dienen
• Im Schritt (a) wird ein Ta-Film 1 auf ein transparentes Substrat 7 aufgebracht. Auf dem Substrat 7 befindet sich eine transparente Grundschicht aus TaOx, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
• Im Schritt (b) wird durch Photoätzen des Ta-Films 1 eine Ta-Elektrode 2 ausgebildet. Im Schritt (c) wird dann eine TaOx-Schicht 3 als Sperrschicht auf die Oberseite von Substrat 7 und Elektrode 2 aufgebracht. Dies geschieht durch Sputtern oder einen CVD-(chemische Dampfabscheidung)-Prozeß. Das gleiche gilt, wo die Sperrschicht aus einem anderen Material als TaOx (z.B. TaNx oder SiNx) hergestellt wird.
• Im Schritt (d) wird die Sperrschicht 3 photogeätzt, damit nur der Abschnitt 6, der sich an der Oberseite der Elektrode 2 befindet, als die Sperrschicht zurückbleibt. Im Schritt (e) wird eine dünne TaOx-Schicht 5 als lsolierschicht auf der Elektrode 2 ausgebildet, wofür anodische Oxidation oder thermische Oxidatior eingesetzt wird. Als nächstes werden im Schritt (f) die zweite Elektrode 8 aus Cr und die Pixelelektrode 9 ausgebildet und mittels des Photoätzens gemustert.
• Schritt (d) im Fig. 1 ist ein wichtiger Schritt, der Erfindung, der unter Bezugnahme auf Fig. 2 detaillierter beschrieben werden soll. Fig. 2 (a) entspricht Fig. 1(c), d.h. sie zeigt das Ergebnis des Schritts (c) in Fig. 1. Ein Positiv-Photoresist 10 wird auf die Oberfläche über der Elektrode 2 aufgebracht, wie in Fig. 2 (b) gezeigt. Als nächstes erfolgt eine Belichtung von der Rückseite des transparenten Substrats 7 her (in Richtung der Pfeile), d.h. von der Seite des transparenten Substrats 7, die der Seite gegenüberliegt, auf die die Filme aufgebracht wurden.
• Als Folge davon wird lediglich das sich auf der Ta-Elektrode 2, die nicht transparent ist, befindende Positiv-Photoresist nicht dem Licht ausgesetzt, während die anderen Abschnitte des Positiv-Photoresists belichtet werden, via der Oxidfilm oder Nitridfilm 3 wie etwa TaOx für die Belichtung transparent ist. Wenn daher das Resist entwickelt wird, bleibt gemäß Darstellung in Schritt (c) in Fig. 2 nur das Resist an der Oberseite der Elektrode 2 als Resist 11 zurück. Wenn in diesem Zustand geätzt wird, bis die Seiten der Ta-Elektrode 2 freigelegt werden, wird der Aufbau so wie in (d) in Fig. 2 gezeigt.
• Man wird verstehen, daß dies ein Ergebnis ist, das sich von dem unterscheidet, welches von dem Schritt (c) in Fig. 11 resultiert. Der Grund liegt darin, daß der geätzte Film der TaOx-Film 3 ist, der sich über das gesamte Subsirat 7 ausbreitet. Daher ist die Ätzrate gleichförmig. Demzufolge kann das Ätzen in einer solchen Weise stattfinden, daß die Seiten der Elektrode 2 keine überhängende Form aufweisen. Darüber hinaus ist im Schritt (b) von Fig. 1 die sich verjüngende Form der Seiten der Elektrode 2 ausgebildet worden, was es erlaubt, eine gleichförmige und ausgezeichnete Seitenverjüngung zu erhalten. Es besteht keine Gefahr, daß eine Unterbrechung der Cr-Elektrode 8 an der Seite der Elektrode 2 auftritt. Wie in Fig. 1 (f) gezeigt, erlaubt das beschriebene Verfahren eine Gleichförmigkeit des Oberflächenbereichs des lateralen MIM- Elements, das von den übereinandergestapelten Abschnitten der Ta-Elektrode 2, der TaOx- Schicht 5 und des Cr-Musters 8 gebildet wird.
• Die Fig. 3 und 4 illustrieren eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt die allgemeinen Verfahrensschritte (a) bis (f) and Fig. 4 zeigt detaillierter die Schritte (c) und (d) von Fig. 3, bei denen es sich um die charakteristischen Schritte dieser Ausführungsform handelt.
• Die Schritte (a) und (b) dieser Ausfülirungsform nach Fig. 3 sind die gleichen Schritte wie diejenigen bei (a) und (b) in Fig. 1.
• Bei der ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wurde im Schritt (c) eine TaOx-Schicht 3 als Sperrschicht auf die gesamte obere Fläche des transparenten Substrats 27 und der Ta-Elektrode 2 aufgebracht. Wie in Fig. 3 (c) gezeigt, wird dagegen bei dieser Ausführungsform eine Taox-Sperrschicht 3 nur auf die Oberseite und die Seiten der Ta-Elektrode 2 aufgebracht, d.h. sie wird nicht auf das transparente Substrat 7 aufgebracht. Wenn die TaOx-Sperrschicht 3 durch anodische Oxidation oder thermische Oxidation ausgebildet wird, kann sie in diesem Fall viel billiger hergestellt werden, wie wenn sie durch Sputtern oder CVD ausgebildet wurde.
• Im Schritt (d) von Fig. 3 wird die Sperrschicht 3 von den Seiten der Elektrode 2 entfernt, so daß nur der Abschnitt 6 der Sperrschichr an der Oberseite der Elektrode 2 zuruckbleibt. Wie dies erreicht wird, wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Schritte (a) bis (d) von Fig. 4 erläutert. Grundsätzlich ist dies dasselbe Verfahren wie dasjenige von Fig. 2, d.h. ein Positiv-Photoresist 10 wird gemäß Darstellung in Fig. 4(b) aufgebracht und von der Rückseite des transparenten Substrats 7 her Licht ausgesetzt. Wie in Fig. 4 gezeigt, bleibt nach Entwickeln des Resists 10 nur der Abschnitt 11 des Resists auf der Oberseite der Elektrode 2 zurück. Im Schritt (d) wird die TaOx-Sperrschicht 3 geätzt. Da jedoch das transparente Substrat 7 dem Ätzen der Taox-Sperrschicht einen starken Widerstand entgegensetzt, wird letztlich nur der Taox-Film geätzt. Daher erzielt man dasselbe Ergebnis wie bei der ersten Ausführungsform der Fig. 1 und 2, und es wird keine Unterbrechung des Cr-Musters (zweite Elektrode) an den Seiten der Ta- Elektrode 2 auftreten. Wie aus der obigen Beschreibung der ersten und der zweiten Ausführungsform hervorgeht, muß die Sperrschicht gegenüber der Wellenlänge der von hinten erfolgenden Belichtung transparent sein. Im Fall einer nicht-transparenten Sperrschicht könnten die Abschnitte des Photoresists an den Seiten der Sperrschicht dem Licht nicht ausgesetzt werden, so daß das Resist an der Oberseite und den Seiten der Sperrschicht zurückbleiben würde. Als Materialien für transparente Sperrschichten gibt es anorganische Materialien wie TaOx, CrOx, SiNx, TaNx, TaOxNx und SiOxNx. Es gibt aber auch organische Materialien z.B. Polyimid. Die allgemeinen Verfahren zum Aufbringen eines Films sind CVD, Sputtern, Dampfabscheidung, anodische Oxidation, Schleuderbeschichtung, Eintauchen etc. Das geeignete Verfahren muß abhängig von den Umständen gewählt werden.
• Die Fig. 5 (a) bis (c) und 6 (a) zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Positiv-Photoresist-lsolator (Resist) für die Sperrschicht verwendet. Verglichen mit den obigen Ausführungsformen hat dieses Verfahren den Vorteil einer noch geringeren Anzahl von Verfahrensschritten. Fig. 5 (a) ist eine Querschnittsansicht, die ein positiv-empfindliches Polyimid 14 zeigt, das auf die Oberseite der Ta-Elektrode 2 und des transparenten Substrats 7 aufgebracht ist. Wenn in diesem Zustand eine Belichtung von der Rückseite des Substrats in Richtung der Pfeile erfolgt, bleibt ein anorganischer Isolator 15 auf der Oberseite der Ta-Elektrode 2 zurück, nachdem das Resist entwickelt wurde. Da die Seiten 16 der Ta- Elektrode 2, die sich bei dieser Ausführungsform nicht verjüngen, belichtet werden, findet eine anodische Oxidation zur Bildung einer TaOx-Schicht 17 statt, wie Fig. 5 (c) gezeigt. Danach wird durch Aufbringen einer Cr-Musterelektrode das MIM-Element aus der Ta-Elektrode 2, der TaOx-Schicht 17 und der Cr-Musterelektrode 18 ausgebildet, wie in Fig. 6 (a) gezeigt. Alternativ wird beginnend mit dem Ergebnis des Schritts gemäß Fig. 5 (b) nach der anodischen Oxidation die zweite Leiterschicht, die Schcht 19, ausgebildet, wie in Fig. 6 (b) gezeigt. Danach wird das Resist entfernt, und ein Element aus der Ta-Elektrode 2, der TaOx-Schicht 17 und dem Leiter 19 gebildet, wie in Fig. 6 (c) gezeigt. Wenn die Steuerung der Filmdickenverteilung des zweiten Leiters 19 eine geeignete Genauigkeit bietet, kann die Dicke der zweiten Leiterschicht 19 justiert werden.
• Fig. 7 zeigt eine vierte Ausfuhrungsform der Erfindung unter Verwendung eines Negativ-Photoresists. Wie bei der dritten Ausführugsform verjungen sich die Seiten der Ta Elektrode 2 nicht. Wie in Fig. 7 (a) gezeigt, wird ein Negativ-Photoresist 30 gleichmäßig über die Ta Elektrode 2 und das transparente Substrat 7 gespruht. Danach erfolgt eine Belichtung von der Rückseite des Substrats in Richtung der Pfeile, und nach Entwickeln des Resists verbleibt dieses in den Bereichen mit Ausnahme desjenigen oberhalb der Ta-Elektrode 2. Dann wird eine Isolierschicht 31 beispielsweise durch Sputtern ausgebildet, wie in Fig. 7 (b) gezeigt. Wenn anschließend der übriggebliebene Teil des Resists entfernt wird, erhält man denselben Aufbau wie er in Fig. 5 (b) gezeigt ist. Anstelle von Schritt (b) in Fig. 7 kann eine Isolierschicht 32 auf der Ta-Elektrode 2 durch anodische Oxidation gemäß Schritt (c) in Fig. 7 ausgebildet werden. Nach Entfernen des Resists 30 resultiert bei dieser Alternative der Aufbau von Fig. 5 (b).

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellurig eines Elementsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die auf einem transpareriten Substrat (7) eine MIM-Vorrichtung umfassend einen ersten Leiter (2), einen auf wenigstens einer Seite des ersten Leiters ausgebildeten Isolator (5) und einen auf dem Isolator (5) ausgebildeten zweiten Leiter (8) aufweist, wobei die MIM-Vorrichtung zur Ansteuerung einer Pixelelektrode (9) der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird und das Verfahren die Schritte umfaßt:

1) Ausbilden des ersten Leiters (2) auf einer Vorderseite des Substrats (7),

2) Ausbilden eines transparenten Isolators (3) an der Oberseite und den Seiten des ersten Leiters (2),

3) Ausbilden eines Positiv-Photoresists (10) auf dem transparenten Isolator (3) über dem ersten Leiter (2) derart, daß der Photoresist eine Fläche einnimmt, die größer ist als die von dem ersten Leiter (2) auf dem Substrat eingenommene,

4) Belichten des Photoresists mit Licht von der Rückseite des Substrats (4) durch das Substrat und den transparenten Isolator (3),

5) Entwickeln des Photoresists,

6) Ätzen des transparenten Isolators (3) bis die Seiten des ersten Leiters (2) freigelegt sind, und

7) Entfernen des verbliebenen Photoresists und Ausbilden des Isolators (5) und der zweiten Elektrode (8) der MIM-Vorrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt 2) der transparente Isolator auf der Oberseite und den Seiten des ersten Leiters und auf dem Substrat ausgebildet wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Elementsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die auf einem transparenten Substrat (7) eine MIM-Vorrichtung umfassend einen ersten Leiter (2), einen auf wenigstens einer Seite des ersten Leiters ausgebildeten Isolators (17) und einen auf dem Isolator (17) ausgebildeten zweiten Leiter (19) aufweist, wobei die MIM-Vorrichtung zur Ansteuerung einer Pixelelektrode der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird und das Verfahren die Schritte umfaßt:

1) Ausbilden des ersten Leiters (2) auf einer Vorderseite des Substrats (7),

2) Ausbilden eines Positiv-Photoresists (14) auf der Oberseite und den Seiten des ersten Leiters (2),

3) Belichten des Photoresisls mit Licht von der Rückseite des Substrats (7) durch das Substrat hindurch,

4) Entwickeln des Photoresists und Wegätzen des belichteten Abschnitts des Photoresists, wodurch die Seiten des ersten Leiters (2) freigelegt werden, und

5) Ausbilden des Isolators (17) und der zweiten Elektrode (19) der MIM-Vorrichtung.

4. Verfahren zur Herstellung eines Elementsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die auf einem transparenten Substrat (7) eine MIM-Vorrichtung umfassend einen ersten Leiter (2), einen auf wenigstens einer Seite des ersten Leiters ausgebildeten ersten Isolator und einen auf dem Isolator ausgebildeten zweiten Leiter aufweist, wobei die MIM-Vorrichtung zur Ansteuerung einer Pixelelektrode der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird und das Verfahren die Schritte umfaßt:

1) Ausbilden des ersten Leiters (2) auf einer Vorderseite des Substrats (7),

2) Ausbilden eines Negativ-Photoresists (30) auf der Oberseite und den Seiten des ersten Leiters (2),

3) Belichten des Photoresists mit Licht von der Rückseite des Substrats (7) durch das Substrat hindurch,

4) Entwickeln des Photoresists und Wegätzen der unbelichteten Teile des Photoresists, wodurch die Oberseite des ersten Leiters (2) freigelegt wird,

5) Ausbilden in der Folge ines zweiten Isolators (31, 32) auf der freigelegten Oberseite des ersten Leiters, und

6) Entfernen des verbliebenen Photoresists und Ausbilden des ersten Isolators und der zweiten Elektrode auf der Seite des (ersten Leiters (2).