CN1683980A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置，它包括绝缘基材、安置在绝缘基材上的薄膜晶体管、包含透明电极的象素电极以及作为用于电连接薄膜晶体管和象素电极之间的连接线路部分的铝合金膜。所述铝合金膜是包括不含氮铝合金层以及安置在第一层上并含有氮的另一个铝合金层的多层铝合金层膜。所述含氮层保证了对碱溶液的耐腐蚀性。所述含氮铝合金层至少在与象素电极的连接区域中被去除，以使象素电极直接连接第一铝合金层。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一种通常在半导体、液晶显示和光学部件中使用的薄显示装置，以及制备该显示装置的方法。
背景技术
有源矩阵液晶显示装置包括薄膜晶体管(TFT)阵列基材(arraysubstrate)，在预定距离上面向TFT阵列基材的反面基材以及夹在TFT阵列基材和反面基材之间的液晶层。TFT阵列基材包括作为开关元件的TFT、象素电极(pixel electrode)以及包含扫描线和数据线的布线设备。反面基材包括普通电极。有源矩阵液晶显示装置包括布线基材、以预定距离面向布线基材的反面基材以及安置在布线基材和反面基材之间的液晶层。布线基材包括扫描线和数据线。而反面基材包括共用电极(common electrode)。
作为象素电极，通常使用包含氧化铟(In2O3)以及约10重量％的氧化锡(SnO)的氧化铟锡(ITO)膜。在电连接到象素电极上的布线设备中的数据线包括(例如)铝(Al)或铝合金如Al-Nd。作为势垒金属的高熔点金属如钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)或钨(W)的多层膜嵌入在数据线和象素电极之间，以避免铝或铝合金直接与象素电极接触。
本发明人对于该类型的液晶显示器的改进进行了研究，并发明了一种在不使用高熔点金属的情况下在布线设备和象素电极之间能够直接连接的铝合金膜，因此发明人申请了专利即日本专利申请2003-368786。
作为在不使用高熔点金属情况下在铝合金布线和象素电极之间保持低接触电阻的可能方案，日本未审查专利申请出版物11-283934公开了一种通过等离子体处理或离子注入对通常包含铝合金的漏极表面进行处理的技术；以及日本未审查专利申请出版物11-284195公开了一种形成包括含有杂质如在第一层的门、源和漏极中N、O、Si或C的第二层的多层膜的技术，所述第二层是连接到象素电极上的。
例如，构成被直接连接到象素电极上的漏极的铝合金膜包括铝和具有比铝的标准电势(-1.7V)更高标准电势的金属如Ni(-0.25V)，其中所述象素电极是本发明人开发并公开在日本专利申请2003-368786中。标准电势指的是相对于氢离子的电势。铝通过与其它金属如Ni合金化而改变了它的电势。因此，如日本未审查专利申请出版物11-284195公开的包含铝、2原子百分比(原子％)的Ni和0.6原子百分比的Nd的铝合金膜在pH为12.7的碱显影剂中的电势为-1.3V，该电势比纯铝膜在该碱显影剂中的电势(-1.9V)高出0.6V。
铝是两性金属，而纯铝的性质是不怎么耐酸碱。然而，在通常的条件下，该铝膜在其表面上具有致密的钝化膜(氧化铝层)，因而变得相对抵抗腐蚀。腐蚀以各种方式进行。在该种合金中，由局部电池现象引起的原电池腐蚀成为主要的腐蚀。原电池腐蚀的腐蚀速率很大程度上取决于显影剂的pH和该薄膜的电极电势而变化。
图1所示为铝腐蚀与电极电势和碱显影剂的pH之间的关系。随着碱显影剂的pH接近1或14以及随着电极电势的降低(变得更高)铝变得更易于腐蚀。图1示出即使在腐蚀区域，纯铝也比Al-Ni-Nd合金更不易于腐蚀。
如果这种铝合金在水的稳定区域(在pH为12.7的碱显影剂中电势为-0.75V～0.48V的区域)具有更高电势，则可以防止腐蚀。然而，因为铝合金必需保持低的电阻率，因此难于使主要包括铝的合金具有这样的高电势。换句话说，根据设计在被直接连接到象素电极的布线设备中的铝合金膜变得比纯铝更易于腐蚀。试验证实铝合金相对于碱溶液腐蚀速率增加。
在铝可以直接接触的这些碱溶液(碱性溶液)中，用于将光致抗蚀剂显影的碱显影剂都是强碱。这些显影剂粗分为有机含水碱显影剂、无机含水碱显影剂和在有机溶剂中的显影剂。其中，通常使用包含氢氧化四甲铵(TMAH)的有机含水碱溶液。
在有机溶剂的显影剂中铝并不会腐蚀。因为可以向无机含水碱显影剂中加入抑制铝腐蚀的抑制剂，因此在其中并没有明显腐蚀。然而，有机含水碱显影剂不能与抑制剂结合，因而会引起腐蚀。此外，当用于除去光致抗蚀剂的包含胺或其衍生物的反萃取剂与水结合时，它变成碱。
如果纯铝在这样的碱溶剂中浸泡通常制造过程中所设定的时间，则由于钝化膜的抗腐蚀作用而显著防止了腐蚀。然而，包括铝和合金化元素如Ni的铝合金膜在图1所示pH-电势图中的腐蚀区域内具有更高的电极电势。实验证实当浸渍在pH为12.7并含有2.4重量％TMAH的有机含水碱显影剂中时，含有约2原子百分比Ni的铝合金具有为纯铝腐蚀速率(12nm/min)约5倍(约60nm/min)的腐蚀速率。
例如，在制备液晶板过程中，碱显影剂在使用光致抗蚀剂在铝合金膜上形成线路图案的光刻过程中与铝合金膜直接接触。在随后处理中该铝合金膜通常通过作为掩膜的光致抗蚀剂蚀刻，而且不妨碍保留某些没有被抗蚀剂覆盖的区域或蚀刻所有区域。
然而，在光刻过程中通过使用光致抗蚀剂形成的图案经常发生错误配准。在这种情况下，需要进行“修改”过程，在该过程中，剥开光致抗蚀剂重新进行光刻过程。如果没有被光致抗蚀剂覆盖的铝合金膜的任意部分在第一次光刻过程中被腐蚀，则第二图案不能正好在该相同位置上进行配准，这将需要如在图2A、2B和2C的示意性横截面图所示的布线设备中的步骤。
更具体而言，当在第一次光刻步骤中通过光致抗蚀剂P完全根据所设计图案蚀刻铝合金A(图2A)时，这并不存在问题。然而，如果在形成图案的过程中发生其中铝合金A没有被光致抗蚀剂覆盖的错误图案，则在图案再次被光致抗蚀剂覆盖的修改过程中导致错误配准(图2B)，并且所得步骤Ax保持到最后(图2C)，这会引起接触失败。
发明内容
在这些情形下，本发明目的是提供一种容易并精确地在构成(例如)漏极的铝合金膜上形成图案的技术，所述漏极被连接到在液晶显示器和光学部件中使用的薄显示装置中的象素电极上。本发明的另一个目的是提供一种可靠地制备高质量显示装置的技术。
本发明的一个方面是提供一种显示装置，该装置包括透明绝缘基材、安置在透明绝缘基材上的薄膜晶体管、包含透明电极的象素电极以及用于电连接薄膜晶体管和象素电极的铝合金膜，其中铝合金膜是多层铝合金膜，它包括含有基本上不含氮的铝合金的第一铝合金层以及被邻接第一层安置并含有含氮铝合金的第二铝合金层，而且其中至少在象素电极与多层铝合金膜接触的区域中去除了第二铝合金层，以使象素电极直接与第一铝合金层连接。
铝合金膜主要包括铝，而且还可以包括一种或多种合金组分。在本发明中使用的铝合金优选是含有0.1～6原子百分比的Ni作为合金组分的Al-Ni合金。该铝合金也优选包含Ni和0.1～6原子百分比的从Nd、Y、Fe与Co的组中选择的至少一种元素的三组成或更多组成的铝合金。
在多层铝合金膜的第二铝合金层厚度优选为约5～约200nm。第二铝合金膜，即含氮铝合金层优选含有3～50原子百分比的氮，而且优选具有约5～约200nm的厚度。
本发明还提供一种有利于工业制备显示装置的方法，即一种制备显示装置的方法，该方法包括如下步骤：
(1)在透明绝缘基材上形成第一铝合金层，所述第一铝合金层包含基本上不含氮的铝合金，
(2)在第一铝合金层上形成第二铝合金层，由此形成多层铝合金膜，其中所述第二铝合金层包括含氮铝合金，
(3)使包括第一铝合金层和第二铝合金层的多层铝合金膜形成图案，
(4)形成覆盖多层铝合金膜的介电薄膜，
(5)在介电薄膜内形成接触孔，
(6)至少在其中多层铝合金膜与接触孔接触的区域中蚀刻第二铝合金层，和
(7)在介电薄膜上形成象素电极并使象素电极经过接触孔直接连接到第一铝合金层上。
在该方法中，为更简化生产步骤，在介电薄膜内形成接触孔的步骤(5)也优选用作蚀刻第二铝合金层的步骤(6)。
本发明在不使用势垒金属的情况下实现了铝合金线路和象素电极之间的直接接触，提供了一种对于(例如)碱显影剂和/或反萃取溶液具有好的耐化学性的显示装置，而且提供了一种有效制备该显示装置的方法。
本发明的其它目的、特征和优点都将从下面参考附图的优选实施方案的描述中变得明显。
附图说明
图1所示为腐蚀与pH以及铝和铝合金电势之间的关系；
图2A、2B和2C所示为在基材上使铝合金单层布线膜形成图案的示意图；
图3所示为有机含水碱显影剂对于包含Al、2原子百分比Ni和0.6原子百分比Nd的铝合金层的蚀刻速率与氮供给速率和氮含量的关系图；
图4所示为包括Al、2原子百分比Ni和0.6原子百分比Nd并且还含有氮的铝合金层的电阻率与氮供给速率和氮含量的图；
图5是说明液晶板基材以及应用了本发明用于显示装置的阵列基材的液晶显示装置的构造的示意性截面图。
图6是说明根据本发明的第一个实施方案应用到显示装置阵列基材上的薄膜晶体管的构造的示意性截面图；
图7是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图8是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图9是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图10是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图11是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图12是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图13是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图14是顺序示出根据本发明第一个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图15是说明应用到根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材上的薄膜晶体管构造的示意性截面图。
图16是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图17是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图18是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图19是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图20是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图21是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图22是顺序示出根据本发明第二个实施方案的显示装置阵列基材的制备过程的示意性截面图；
图23为在测定铝合金膜和象素电极之间的接触电阻中使用的开尔文(Kelvin)图案的示意性截面图；
图24所示为Al-Ni-Nd合金的过蚀刻与接触电阻之间的关系。
具体实施方案
如图2A、2B和2C所描述的，必需避免在光刻过程中在铝合金膜上的电极图案错误配准，以生产出高质量液晶显示装置。为此，应当在铝合金膜上有效形成在形成图案过程中使用的能耐碱显影剂腐蚀的膜或涂层。
纯铝有高度耐碱性是因为在它的表面上形成了钝化膜即氧化铝。致密钝化膜是铝的自然氧化结果形成的，因而有高度的抗碱性能。然而，氧化铝具有非常高的电阻，如果象素电极与具有钝化膜的铝膜直接接触，则由于钝化膜的高电阻导致它们之间的接触电阻很高。
根据本发明人在日本专利申请2003-368786中公开的发明，即使象素电极与铝合金膜直接接触，在不劣化显示质量的情况下象素电极也可以用低接触电阻驱动。这是因为与在纯铝表面上的钝化膜相比，在铝合金膜表面上形成的氧化铝并不非常致密，含有相对少量的氧，因此可以允许电流以较低接触电阻流动。
与纯铝相比，铝合金对于碱溶液腐蚀的抵抗力更低，而且在其上通过具有氧添加物的反应性溅射形成的氧化铝膜并不是非常致密的，因此耐腐蚀性就没有在纯铝表面上形成的钝化膜那样高。具有氧化铝膜的铝合金膜被认为在碱溶液中具有更高的蚀刻速率，这是因为这样薄(不致密)的氧化铝会解离形成铝离子(AlO2-)的缘故。可以证实通过与氧添加物结合的溅射形成的含Ni铝合金膜的蚀刻速率比在纯铝上形成的钝化膜的蚀刻速率高约60％。
经过本发明人深入研究后，发现提高结合在铝合金膜中的氮含量可以提高铝合金膜对于碱溶液的耐腐蚀性。
图3所示为用有机含水碱显影剂蚀刻包括Al、2原子百分比的Ni和0.6原子百分比Nd的铝合金层的蚀刻速率与氮供给速率和氮含量之间的关系图(从Tokyo Ohka Kogyo Co.Ltd购买的“NMD-W”)。此处使用的铝合金是制备显示装置的有代表性的铝合金。在通过溅射形成铝合金膜的过程中，氮供给速率由氮气流动速率与Ar气流动速率的比值表示。
图3示出了流速比约为0.1时的蚀刻速率的突然改变情况。使用X-射线光电子分光光谱(XPS)的量子分析表明从N1s与Al2p的比例确定在铝合金膜中的氮与铝的原子比(N/Al)为：流速比约为0.12时原子比(N/Al)为0.7，流速比约为0.14时原子比(N/Al)为0.88，而流速比约为0.16时原子比(N/Al)为0.98，这表明在铝合金膜中氮含量和耐腐蚀性随着氮流速比的增加而增加。图3示出在蚀刻速率突然降低时的流速比约为0.07，以及在该点上根据N/Al比值的氮含量为0.13。在铝合金膜中的氮含量随着氮的流速比的增加比例而增加，但是氮含量的上限为约50原子百分比，这正如AlN的化学计量比情况。
可以通过反应性溅射向铝合金中容易地添加N2，其中在通过溅射形成铝合金膜的过程中，将氮加入到Ar气中。通过控制氮流速与Ar气体流速的比例，可以容易地控制在铝合金膜中的氮含量。通过改变气体混合物的组成，铝合金膜可以在不交换溅射靶子的情况下连续形成。所得含氮铝合金的电阻增加，而具有1∶1的铝和氮原子比的化学计量氮化铝(AlN)是绝缘体。
图4所示为含氮铝合金膜的电阻与氮(氮含量)流速和氩流速之比的曲线图。如果这样的含氮铝合金膜完整使用，则它不能用作用于液晶板中布线的薄膜材料，这是因为它的高电阻以及由于它的高接触电阻导致不能与电子照相光电导体直接接触的缘故。
根据本发明，为了在光刻法处理过程中的抑制铝合金膜的腐蚀，通过形成作为在铝合金膜表面上第二层的含氮铝合金膜，使铝合金膜转化成多层铝合金膜。然后，用电介电薄膜覆盖多层铝合金膜。通过蚀刻电介电薄膜，以接触孔的形式从多层铝合金膜中除去充当表面层的第二层的含氮铝合金膜，以使只在象素电极被接触的区域中暴露出作为第一层的铝合金层。因此，不含氮并且具有低电阻的作为第一层的铝合金膜可以直接与具有低接触电阻的象素电极接触。
作为在不使用难熔合金的情况下在这种铝合金线路和象素电极之间保持低接触电阻的可能方案，上面提到的日本未审查专利申请出版物11-283934公开了一项通过等离子体处理或离子注入法处理漏极表面的技术，以及日本未审查专利申请出版物11-284195公开了一种形成多层膜的技术，它包括含有杂质如在作为第一层的门、源和漏极中N、O、Si或C的第二层。
然而，在本发明中使用的多层铝合金膜通过在作为第一层的铝合金膜表面上形成作为第二层的含氮铝合金膜可以改善能够与具有低接触电阻的象素电极直接接触的铝合金膜的所述缺陷，即耐碱性。此外，通过在接触孔形成过程中或形成之后去除含氮铝合金膜，由此而使其中的不含氮铝合金膜暴露出来，就可以利用该铝合金膜的优点，即低接触电阻。
在本发明中使用的铝合金并没有特殊限制，但优选含镍的铝合金作为合金组分。这样的含镍铝合金作为线路材料具有高导电性，而且当其与象素电极直接接触时可以令人满意地工作。Al-Ni合金优选含有0.1～6原子百分比、更优选0.2～5原子百分比的镍。
为生产出具有额外改善的性质如耐热性的线路材料，Al-Ni合金优选还含有约0.1～约6原子百分比的选自Nd、Y、Fe和Co中的至少一种元素作为另外的合金组分。
下面将参考附图解释根据本发明的显示装置及其制备方法的一些实施方案。
图5是液晶板基材以及应用了本发明的液晶显示装置的构造的示意性截面图。图5所示的液晶板包括TFT阵列基材1、面向TFT阵列基材1的反面基材2以及安装在TFT阵列基材1与反面基材2之间并用作光调节层的液晶层3。TFT阵列基材1包括通常由玻璃构成的绝缘基材1a、薄膜晶体管(TFT)4、线路部分6以及被面向TFT 4和线路部分6安置的屏蔽膜9。
起偏器10和10分别安装在构成TFT阵列基材1与反面基材2的绝缘基材的外侧。对准膜(alignment film)11安置在反面基材2上。对准膜用于将在液晶层3中的液晶分子对准到设定方向(set direction)。
在液晶板中，在反面基材2与象素电极5之间形成的电场控制在液晶层3中液晶分子的对准方向，以便调节通过安置在TFT阵列基材1与反面基材2之间的液晶层3的光。这控制穿过反面基材2的透射光的量，由此而显示图像。该TFT阵列通过驱动器IC13和控制IC14的作用，经由带式自动连接(TAB)(tape automated bonding)12来驱动。该TAB带12从TFT阵列中露出来。
图5也示出了隔离物15、密封件16、保护膜17、漫射片18、棱镜片19、光波导管20、钝态反射器21、背光22、支承框架23和印刷电路板24。这些元件将在下面描述。
图6是在根据本发明的第一实施方案的阵列基材中使用的薄膜晶体管的构造的示意性横截面图。参考图6，铝合金膜的扫描线25安装在绝缘基材1a上。部分扫描线25用作用于控制薄膜晶体管开和关的门电极26。安置包括铝合金膜的数据线，以利用门电极(门介电薄膜)27的插入横切扫描线25。部分数据线用作薄膜晶体管的源极28。
象素电极5安置在门绝缘体27上的象素区域内。该象素电极5包括(例如)含In2O3和SnO的ITO膜。薄膜晶体管的漏极29包括铝合金膜，而且直接与象素电极5接触并且电连接到象素电极5上。
当门极电压通过扫描线25供应到TFT阵列基材1的门电极26，薄膜晶体管打开，而预先供应到数据线的驱动电压从源极28经过漏极29供给到象素电极5。如图5所示，一旦将在设定水平的驱动电压供应到象素电极5上，就出现与反面基材2的电势差，以使液晶分子排列在液晶层3上，由此而调节光。
例如，构成扫描线25、门电极26、源电极28和铝电极29的每个铝合金膜都包括根据本发明的不含氮铝合金膜和含氮铝合金膜的多层铝合金膜。多层铝合金膜的构造将在下面详细说明。
接着，简短说明图6所示的TFT阵列基材的制备。下面，将具有氢化无定型硅作为半导体层并用作开关元件的无定型硅TFT看作薄膜晶体管的一个实例。
参考图7～14示意性地解释根据第一实施方案的TFT阵列基材1的制备过程。
最初，厚度约为200nm的不含氮的铝合金膜(Al)通常通过在绝缘基材1a上溅射形成。随后，在该铝合金膜(Al)上通常通过结合有氮添加的反应性溅射形成厚度约为30nm的含氮铝合金膜(N-Al)。N2流速与Ar流速的比例(N2/Al)根据在含氮铝合金膜中目标氮含量任意设定，通常适当地设定在0.07～0.16范围之内。
接着，通过光刻法使多层铝合金膜形成图案，由此形成门电极26和扫描线25(图7)。在这个步骤中，由于根据本发明的用作多层铝合金膜的表面层的含氮铝合金膜(N-Al)的耐腐蚀性，而使碱显影剂对于铝合金膜的腐蚀被抑制。接着，进行多层铝合金膜的蚀刻。在该步骤中，优选蚀刻多层铝合金膜，以便制备约30～约40度角的多层铝合金膜锥形侧边，用于满意地覆盖要在其上形成的门绝缘体(gate insulator)27。
接着，通常通过等离子体CVD从氧化硅(SiOx)形成约300nm厚的门绝缘体27，以及在其上形成约50nm厚的氢化无定型硅膜(a-Si:H)和约300nm厚的氮化硅(SiNx)膜(图8)。然后使用门电极作为掩膜通过背后曝光而使氮化硅(SiNx)膜形成图案，从而形成通道保护膜(图9)。
制备含磷且厚度约为50nm的n+类型氢化无定型硅膜(n+a-Si:H)，然后使氢化无定型硅膜(a-Si:H)和n+类型氢化无定型硅膜(n+a-Si:H)形成图案(图10)。
接着，形成厚度约为300nm的铝合金膜(Al)，随后通过结合有氮添加的反应性溅射在其上形成厚度约为30nm的含氮铝合金膜(N-Al)。正如在图7所示的多层铝合金膜的制备过程中，N2流速与Ar流速的比例(N2/Al)根据在含氮铝合金膜中目标氮含量任意设定，通常在0.07～0.16范围之内适当地设定。
通过光刻法使作为最外层的所得铝合金膜形成图案，由此形成源极28和漏极29的图案(图11)。源极28与数据线结合。漏极29与象素电极5接触。在该步骤中，由于用作多层铝合金膜表面层的含氮铝合金膜(N-Al)的耐腐蚀性，而使碱显影剂对于铝合金膜的腐蚀被抑制。通过使用源极28和漏极29作为掩膜，以去除在通道保护膜(SiNx)上的n+类型氢化无定型硅膜(n+a-Si:H)。
通常通过等离子体CVD制备作为保护膜的厚度约为300nm的氮化硅膜30。在该步骤中，在约300℃温度上形成氮化硅膜30。在氮化硅膜30上形成光致抗蚀剂层31，然后使氮化硅膜30形成图案，并且通常通过干法蚀刻在该氮化硅膜30内形成接触孔32(图12)。该工件还根据蚀刻时间进行约70％～500％的过度蚀刻，从而除去含氮铝合金膜。
该工件通常使用氧等离子体进行抛光，而光致抗蚀剂层31通常使用胺反萃取剂剥离(图13)。
制备约40nm厚的ITO膜并使其形成图案，从而形成象素电极。这样，TFT阵列基材就制备出来了(图14)。
在根据该制备过程制备的TFT阵列基材中，在多层铝合金膜中作为表面层(第二层)的含氮铝合金膜被除去，以使象素电极5与包括不含氮铝合金膜(Al)的漏极29直接接触。从在象素电极5和漏极29之间的接触界面上的铝合金膜表面露出的固溶液元素或金属互化物的沉积物的一部分。该暴露区域对于由固溶液元素作用导致的氧化物膜的形成比由纯铝导致的氧化物膜的形成具有更好的抵制作用，因而没有形成高度绝缘的氧化物膜。该暴露区域具有电流易于从其通过的低电阻。因此，即使穿过漏极29即铝合金电极直接与象素电极5接触，接触电阻也低。
组件如门绝缘物27、氮化硅膜30和光致抗蚀剂膜31的上述厚度只是用于说明的，而不是限制本发明的范围，它可以根据需要而随意设定。此处所用的反萃取剂并没有特别限制，优选含有约5～约70重量％、更优选约25～70重量％的单乙醇胺作为主要组分的反萃取剂。这种类型的反萃取剂通常用于除去已降解的膜或在金属材料被蚀刻后残留的聚合物膜，并且可以很好地除去外来物(污染物)。使用这种用于清洁(漂洗)的反萃取剂可以产生满意的低接触电阻。
主要包括胺如羟胺的反萃取剂以及含有除胺主要组分之外的约5～约25重量％水的反萃取剂也具有光蚀刻作用，可以除去氧化铝薄膜。然而，这些反萃取剂价格昂贵，并且在铝合金上表现出更高的蚀刻速率，而且有点难于控制。
接着，参考附图解释在根据本发明第二实施方案的阵列基材中使用的薄膜晶体管的构造和制备。
图15是在根据第二实施方案的阵列基材中使用的薄膜晶体管的构造的示意性横截面图，其中薄膜晶体管具有顶浇口结构。
参考图15，包括多层铝合金膜的扫描线25安置在绝缘基材1a上。部分扫描线25充当用于控制薄膜晶体管的开和关的门电极26。安置包括多层铝合金膜的数据线，以利用中间层电介质(SiOx)的插入横切扫描线25。部分数据线作为薄膜晶体管的源极28。
包括含有In2O3和SnO的ITO膜的象素电极5安置在中间层电介质(SiOx)的象素区域中。包括多层铝合金膜的薄膜晶体管的漏极29充当作为被电连接到象素电极5上的连接电极部分。更具体而言，因为多层铝合金膜的表面含氮铝合金层在象素电极5与漏极接触的区域中被去除，因此在包括多层铝合金膜的薄膜晶体管的漏极29中，不含氮铝合金层直接与象素电极5接触，并且电连接到象素电极5上。
如在图6所示的第一实施方案中，当门极电压通过扫描线供应到TFT阵列基材的门电极26时，薄膜晶体管打开，而预先供应到数据线的驱动电压从源极28经过漏极29供给到象素电极5。如图5所示，一旦将在设定水平的驱动电压供应到象素电极5上，就出现与反电极2的电势差，以使液晶分子对准(排列)在液晶层3上，由此调节光。
接着，解释图15所示的TFT阵列基材的制备。在根据第二实施方案的阵列基材中安置的薄膜晶体管具有包括作为半导体层的多晶硅膜(poly-Si)的顶浇口结构。图16～22是顺序示出的根据第二实施方案的TFT阵列基材的制备过程的示意图。
最初，在通常由玻璃制成的绝缘基材1a上通过等离子体CVD在约为300℃(例如)基材温度下形成约50nm厚的氮化硅膜(SiNx)、约100nm厚的氧化硅膜(SiOx)以及约50nm厚的氢化无定型硅膜(a-Si:H)。氢化无定型硅膜(a-Si:H)通过热处理和激光退火转化成多晶硅膜。例如，通过约470℃的大气热处理进行约1小时热处理，然后进行脱氢。然后，通常使用准分子激光退火系统的约230mJ/cm2能量的激光辐照该氢化无定型硅膜(a-Si:H)，以产生约0.3μm厚的多晶硅膜(poly-Si)(图16)。这些制备条件只是用于解释性的，它可以根据需要而任意设定。
然后，通常通过等离子体蚀刻使多晶硅膜(poly-Si)形成图案(图1 7)。
接着，形成作为氧化硅膜(SiOx)的约100nm厚的门绝缘体27。通常通过溅射在门绝缘体27上形成约200nm厚的不含氮铝合金膜(Al)，该铝合金膜(Al)充当作为与扫描线结合的门电极26。随后，通过与结合有氮添加的反应性溅射在其上形成约30nm厚的含氮铝合金膜(N-Al)。在该步骤中，N2流速与Ar流速的比例设定为约0.07～约0.16。
所得多层铝合金膜用光刻法形成图案，由此形成门电极和扫描线的图案(图18)。在该步骤中，由于含氮铝合金膜(N-Al)的优异耐腐蚀性而防止了碱显影剂对于铝合金膜的腐蚀。
接着，光致抗蚀剂膜31形成为掩膜，例如，通常使用粒子注入仪器，在约50kev以每平方厘米1×1015的量掺入磷，从而在部分多晶硅膜(poly-Si)中形成n+类型多晶硅膜(n+poly-Si)。然后，剥去光致抗蚀剂膜31，并且通过在约500℃的热处理使掺杂剂扩散。
通常使用等离子体CVD体系在约300℃的基材温度下，形成约500nm厚的作为中间层电介质的氧化硅膜(SiOx)。然后，形成光致抗蚀剂膜并以上述相同方式形成图案，干法蚀刻中间层电介质(SiOx)和作为门绝缘体27的氧化硅膜，由此形成接触孔。通过溅射通常形成约450nm厚的铝合金膜(Al)，然后在其上通过结合有氮添加的反应性溅射通常形成约30nm厚的含氮铝合金膜(N-Al)。
在该步骤中N2流速与Ar流速的比例控制在0.07～0.16。接着，通过光刻法使含氮铝合金膜形成图案，由此形成与数据线结合的源极28和漏极29(图20)。在该步骤中，保护了这些电极不受碱显影剂的腐蚀。
通常使用等离子体CVD体系在约300℃的基材温度下，形成约500nm厚的作为中间层电介质的氮化硅膜(SiNx)。形成光致抗蚀剂膜3 1并使其形成图案以形成掩膜，通过使用该掩膜使该氮化硅膜(SiNx)形成图案，而且通常通过干法蚀刻在氮化硅膜(SiNx)中形成接触孔32。在氮化硅膜(SiNx)蚀刻完成之后，根据蚀刻时间，该工件进行约70％～500％的过度蚀刻，从而除去含氮铝合金膜(N-Al)(图21)。
该工件通常使用氧等离子体进行抛光处理，而光致抗蚀剂使用胺反萃取剂以上述相同方式进行反萃取。通常通过溅射形成100nm厚的ITO膜，并通过湿法蚀刻使其形成图案，由此形成象素电极5。作为该步骤的结果，漏极29与象素电极5直接接触(图22)。
为稳定晶体管的性质，该工件在约350℃退火1小时，这样就制备出了多晶硅TFT阵列基材。
根据第二实施方案的所得TFT阵列基材和具有该TFT阵列基材的液晶显示装置获得了与第一实施方案相同的优点。作为如图5所示的平板显示装置的液晶显示装置可以使用根据第一和/或第二实施方案的TFT阵列基材制备。
通过在TFT阵列基材上涂敷聚酰亚胺、干燥然后磨擦该涂敷膜可以在TFT阵列基材上形成对准膜。
在图5所示的反面基材2可以以下面方式制备。起先，通常通过使铬膜(Cr)形成矩阵形式的图案，以使屏蔽膜9在绝缘基材1a上形成。由树脂构成的红、绿和蓝滤色镜8在矩阵屏蔽膜9内的空间中形成。光学透明导电膜如ITO膜形成作为在屏蔽膜9和滤色镜8上的普通电极7，由此生产出反面基材2。对准层11通过在反面基材2的最外表面上涂敷聚酰亚胺、干燥并擦拭该涂敷膜而形成。
安置TFT阵列基材1和反面基材2，以使它们的对准层彼此面对，并除填充口外使用通常由树脂构成的密封材料16结合。在该步骤中，在两个基材之间的缝隙(距离)基本上保持恒定，例如通过在它们之间插入隔离物15保持该缝隙恒定。
该工件(空室(blank cell))放置在真空中，而且当填充口浸渍在含有液晶分子的液晶材料中时，压力逐渐增加到正常大气压。因此，该空室填充有该液晶材料，以形成液晶层3，密封填充口。偏振器10和10连接到该室的最表面上，由此制备出液晶板。此外，用于驱动液晶显示装置的驱动电路与液晶板电连接，并且安置在液晶板侧面或背部。
然后，该液晶板与具有限定液晶板显示屏的开口的框架、构成表面光源的背光22、光波导管20和支承框架23结合，由此制备出液晶显示装置。
实施例
下面将参考几个实施例进一步详细描述本发明，但这些都不是为了限制本发明的范围。
测定在本发明阵列基材上的铝合金线路和象素电极5之间直接接触的接触电阻。所得结果在表1示出。
该测定按如下方式进行。
(1)象素电极的构造：包含氧化铟和10％重量的氧化锡并具有200nm厚度的氧化铟锡(ITO)，或包含氧化铟和10％重量的氧化锌并具有200nm厚度的氧化铟锌(IZO)。
(2)铝合金膜的构造：合金组分的含量如表1所示。
(3)热处理条件：电介电薄膜(SiNx)形成300nm的厚度，并且该工件在300℃真空中进行1小时的热处理。
(4)光蚀刻和清洁：电介电薄膜(SiNx)使用含氟等离子体进行干法蚀刻，并且每条铝合金线路材料蚀刻大约5nm，并且使用反萃取剂(从TokyoOhka Kogyo Co.，Ltd.购买的“反萃取溶液106”)除去表面层的污染物(外来物)。
(5)接触电阻的测定：
形成如图23所示的Kelvin图案，并且通过四接线端方法测定接触电阻，其中电流通过ITO-或IZO-Al合金，使用其它接线端测定ITO或IZO与Al合金之间的电压降。具体而言，图23中I1和I2之间流过电流I，监测V1与V2之间的电压V，由此根据下列公式测定接触区C的接触电阻R：R＝(V2-V1)/I。Kelvin图案用如下方式制备。
在铝合金中的添加元素通过感应耦合等离子体(ICP)发射分析来分析。
实施例1和2
在其表面上具有用于形成基材绝缘性的400nm氧化膜(SiO2热生长氧化物膜)的硅片用于代替玻璃基材。在硅片上形成300nm厚的不含氮铝合金膜，再在其上形成30nm厚的含氮铝合金膜，以形成多层铝合金膜，然后使多层铝合金膜形成图案，并且通过化学气相沉积(CVD)形成300nm厚的电介电薄膜(SiNx)。整个工件在真空膜形成室中进行一小时的热处理，然后取出。通过光刻法使80μm2接触孔图案化，随后用含氟等离子体蚀刻而形成接触孔。在这个过程中，除了蚀刻电介电薄膜以外，根据时间进行约100％的过度蚀刻。该处理除去了约35nm厚的多层铝合金膜的表面层(大约11％膜厚度)。因此，作为第二层(表面层)的含氮铝合金膜基本全部去除。
该工件使用氧等离子体进行抛光，并用反萃取剂进行抗蚀剂的剥离。抗蚀剂通过用反萃取剂在100℃漂洗约10分钟而脱落，所述反萃取剂是从Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.购买的“反萃取溶液106”。该步骤除去了铝合金膜表面层上的污染物质如氟化物、氧化物和碳。在其上通过溅射形成200nm厚度的ITO或IZO膜，并使膜形成图案。
接着，接触电阻使用四端线手动校准仪和从Hewlett Packard购买的半导体参数分析仪“HP 4156A”测定。接触电阻R定义为[(V2-V1)/I]。因此，在没有任何导线电阻的影响的情况下，可以测定ITO膜或IZO膜与铝合金膜之间界面上的纯电阻。
表1
  金属电极膜              象素电极
  ITO   IZO
  纯铝   1.5×105Ω   -
  Al-2原子％Nd   8.4×104Ω   8.1×104Ω
  Mo   1.6×101Ω   1.1×101Ω
  Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd   1.7×101Ω   1.2×101Ω
  Al-1.2原子％Ni-0.4原子％Y   2.2×101Ω   1.3×101Ω
  实施例1   3.2×101Ω   -
  实施例2   3.5×101Ω   -
实施例1：包括含氮Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd和不含氮Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd的多层膜。
实施例2：包括含氮Al-1.2原子％Ni-0.4原子％Y和不含氮Al-1.2原子％Ni-0.4原子％Y的多层膜。
表1示出ITO膜与纯铝线路之间的直接接触的接触电阻为1.5×105Ω，并且ITO膜与作为代表性铝合金线路的Al-2原子％Nd膜之间的接触电阻为8.4×104Ω。ITO膜和Al-2原子％Nd线路(Mo作为势垒金属插入)之间的接触电阻为1.66×101Ω。
ITO膜和Al-1.2原子％Ni-0.6原子％Nd膜之间的直接接触的接触电阻为1.7×101Ω，ITO膜和Al-1.2原子％Ni-0.4原子％Y膜之间的直接接触的接触电阻为2.2×101Ω，ITO膜和Al-2原子％Ni-1原子％Fe膜之间的直接接触的接触电阻为1.5×101Ω，而ITO膜和Al-2原子％Ni-1原子％Co膜之间的直接接触的接触电阻为1.5×101Ω，所有这些接触电阻都基本上等于Mo作为势垒金属插入的间接接触的接触电阻即传统构造的接触电阻。
相反，在作为象素电极的ITO膜与根据实施例1的多层铝合金膜之间的直接接触的接触电阻为3.2×101Ω，而在作为象素电极的ITO膜与根据实施例2的多层铝合金膜之间的直接接触的接触电阻为3.5×101Ω，这两者都符合低接触电阻。在实施例1中，在Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜上形成含氮的Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜，从而形成多层铝合金膜，然后在电介电薄膜中蚀刻接触孔的过程中通过过度蚀刻而除去含氮铝合金膜，以使象素电极与Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜直接接触。在根据实施例2的多层铝合金膜中，使用Al-1.2原子％Ni-0.4原子％Y膜代替Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜。
图24中示出了接触电阻与在包括含氮的Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜和不含氮的Al-2原子％Ni-0.6原子％Nd膜的多层膜的接触孔中的过度蚀刻的关系。
图24表明，当过度蚀刻50％残留有含氮铝合金膜时接触电阻相当高，但是当含氮铝合金膜基本上通过蚀刻完全去除时接触电阻非常低。当过度蚀刻为约300～400％时，接触电阻为令人满意的低值。然而，如果继续进行过度蚀刻，则作为底层的不含氮Al-Ni-Nd层被去除，这导致接触电阻突然增加。
在该测试中形成的过度蚀刻部分的横截面在扫描电子显微镜(SEM)下进行观察。在过度蚀刻50％时，部分含氮铝合金膜残留在接触孔的底部，这表明残余含氮铝合金膜增加接触电阻。在过度蚀刻70～500％时，含氮铝合金膜基本上完全除去，象素电极直接与底层(第一层)即多层铝合金膜中的不含氮Al-Ni-Nd膜接触，这可以显著降低接触电阻。
为了有效地表现出多层铝合金膜的优点，用作表面层的含氮铝合金膜的厚度优选为5～200nm，更优选为30～100nm。
如果是有机碱性显影剂，则标准显影时间为约30秒～约1分钟。在显影过程中为确保作为势垒膜的含氮铝合金膜的作用，其膜厚应该优选为约5nm或更厚，更优选为约30nm或更厚。为了通过过度蚀刻有效除去含氮铝合金膜，其厚度应该优选为约200nm或更小，更优选为约100nm或更小。
为了得到对碱性显影剂的令人满意的耐腐蚀性，在含氮铝合金膜中的氮含量优选为13原子百分比～50原子百分比。如果氮含量小于上述的规定范围，就可能不能获得满意的耐碱性。相反，氮含量基本上不能超过50原子百分比。
不含氮铝合金膜的厚度优选为5～1000nm，更优选为30～500nm。门、源/漏极的厚度通常为约200～300nm。为确保不含氮铝合金膜和象素电极之间的低接触电阻，厚度应该优选为约5nm或更高，更优选为约30nm或更高。相反，如果厚度过大，则所得的绝缘层不可能覆盖整个铝合金膜，并且因为TFT性质降低而不适合于实际使用。因此，该厚度优选为1000nm或更低，更优选为500nm或更低。
不含氮铝合金膜以及含氮铝合金膜的厚度都可以通过在没有氮添加的情况下通常由溅射形成设定厚度的铝合金膜以及通常通过结合有氮添加的反应性溅射形成设定厚度的含氮铝合金膜加以控制。设定含氮铝合金膜的最佳厚度应该优选考虑到N2和Ar气混合物的组成和含氮铝合金膜的耐碱性，这是因为在含氮铝合金膜中的氮含量根据N2和Ar气混合物的组成而变化，而含氮铝合金膜对于碱溶液的势垒作用(阻挡作用)根据氮含量而变化。
表1示出，多层膜(两层膜)具有两倍于单层膜电阻的接触电阻。这可能是因为由于过度蚀刻而导致在表面上的污染物如氟化物和碳增加的缘故。
在测定接触电阻中使用的象素电极和连接导线(铝合金膜)之间的接触面积为80μm2。如上所述，包括作为表面层的含氮铝合金膜的多层铝合金膜可以确保基本上等于单层铝合金膜电阻的符合要求的低接触电阻，并且该低接触电阻约为ITO膜与纯铝线路膜之间直接电阻的1/104。
制备具有上述构造的液晶显示装置，并且发现生产率和显示质量等于那些使用ITO膜和势垒金属的传统液晶显示装置。根据本发明的液晶显示装置可以在没有使用势垒金属的情况下通过配置一种包括含氮铝合金膜的多层膜而改善耐腐蚀性，而且可以通过简单和低成本构造表现出相当于传统液晶显示装置的性能。
虽然本发明参考目前认为是优选实施方案的实施方案进行描述，但本发明应当理解，本发明并不是限制于这些公开的实施方案。相反，本发明还将涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改进和等价的配置。下列权利要求的范围是根据最宽解释的，以便包括所有的各种改进以及等价结构和功能。

Claims (7)

1.一种显示装置，包括：
透明绝缘基材；
安置在透明绝缘基材上的薄膜晶体管；
包含透明电极的象素电极；和
用于电连接在薄膜晶体管和象素电极之间的铝合金膜，
其中铝合金膜为包括如下层的多层铝合金膜：
包含基本上不含氮的铝合金的第一铝合金层；和
安置在第一铝合金层上并包含含氮铝合金的第二铝合金层，而且
其中所述第二铝合金层至少在其中象素电极与所述多层铝合金膜接触的区域中被除去，以使象素电极直接与第一铝合金层连接。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中铝合金包括至少0.1～6原子百分比的Ni作为合金组分。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中铝合金还包括0.1～6原子百分比的从Nd、Y、Fe和Co中选择的至少一种元素作为合金组分。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述第二铝合金层具有5～200nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述第二铝合金层包括13～50的原子百分比的氮。
6.一种用于制备显示装置的方法，它包括如下步骤：
在透明绝缘基材上形成第一铝合金层，所述第一铝合金层包括基本上不含氮的铝合金；
在第一铝合金层上形成第二铝合金层，由此形成多层铝合金膜，所述第二铝合金层包括含氮铝合金；
使包括第一铝合金层和第二铝合金层的多层铝合金膜形成图案；
形成介电薄膜，以覆盖多层铝合金膜；
在介电薄膜中形成接触孔；
至少在其中多层铝合金膜与接触孔接触的区域中蚀刻第二铝合金层；和
在介电薄膜上形成象素电极，并使象素电极经过接触孔直接与第一铝合金层连接。
7.根据权利要求6的方法，其中在介电薄膜中形成接触孔的步骤也用作蚀刻第二铝合金层的步骤。
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