JP2000275679A

JP2000275679A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000275679A
Application number: JP8368699A
Authority: JP
Inventors: Masaru Takahata; 勝高畠; Yuichi Harano; 雄一原野; Takahiro Ochiai; 孝洋落合; Toshiteru Kaneko; 寿輝金子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ゲート電極にアルミニウム膜を使用する場合の
形成プロセスの簡素化と低コスト化を図ると共に、耐圧
特性を向上させる。【解決手段】画素電極と、走査信号を印加するゲート電
極と映像信号を印加するドレイン電極と、画素電極に接
続するソース電極を有する薄膜トランジスタを形成した
一方の基板と、少なくともカラーフィルタを有する他方
の基板とからなり、前記一方の基板と他方の基板の間に
液晶層を封入した液晶表示装置の前記ゲート電極２をア
ルミニウム−ネオジム合金膜２Ａの上層に高融点金属膜
２Ｂを積層した積層構造で形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特にプロセスを簡略化してゲート電極の絶縁耐性を
向上させて低コストかつ高信頼性とした液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、基本的には少なくとも
一方が透明なガラス等からなる二枚の基板の間に液晶層
を挟持し、上記基板に形成した画素形成用の各種電極に
選択的に電圧を印加して所定画素の点灯と消灯を行う型
式（所謂、単純マトリクス型）と、上記各種電極と画素
選択用のスイッチング素子を形成してこのスイッチング
素子を選択することにより所定画素の点灯と消灯を行う
型式（所謂、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチン
グ素子として用いるアクティブマトリクス型）とに分類
される。

【０００３】特に、後者のアクティブマトリクス型の液
晶表示装置は、コントラスト性能、高速表示性能等から
液晶表示装置の主流となっている。

【０００４】このアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、一方の基板に形成した電極と他方の基板に形成した
電極との間に液晶層の配向方向を変えるための電界を印
加する縦電界方式が一般的である。

【０００５】図５は従来の縦電界方式アクティブマトリ
クス型液晶表示装置の画素部分の構成例を説明する要部
断面模式図である。この液晶表示装置では、下側ガラス
基板であるアクティブマトリクス基板１に形成した薄膜
トランジスタＴＦＴで駆動される画素電極７と、上側ガ
ラス基板であるカラーフィルタ基板１’に形成した対向
電極１０の間に形成される電界（縦電界）で液晶層１２
を構成する液晶組成物の分子の配向方向を変化させてア
クティブマトリクス基板１側からカラーフィルタ基板
１’側への光の透過率を変えることで画像表示を行う。

【０００６】すなわち、アクティブマトリクス基板１の
内面には、ゲート電極２、ゲート絶縁膜（ＳｉＮ等）
３、ａ−Ｓｉ等の半導体層４、およびドレイン電極５、
ソース電極６で構成される薄膜トランジスタＴＦＴが形
成されている。

【０００７】画素領域にはＩＴＯ（インジウム・チン・
オキサイド）からなる画素電極７が形成されており、こ
の画素電極７にソース電極６が接続してある。また、符
号８は保護膜（ＳｉＮ等）であり、薄膜トランジスタＴ
ＦＴと画素電極７の一部を覆って形成されている。

【０００８】一方、カラーフィルタ基板１’の内面に
は、ブラックマトリクス（図示せず）で区画された３色
（赤、緑、青）のカラーフィルタ層９が形成され、この
カラーフィルタ層９の上層に対向電極１０が形成されて
いる。なお、ゲート電極にはゲート配線が一体的に形成
されている。

【０００９】また、アクティブマトリクス基板およびカ
ラーフィルタ基板の液晶層１２との界面には配向膜が形
成されているが図示は省略してある。

【００１０】このような液晶表示装置においては、その
ゲート電極２の形成材料としてクロム（Ｃｒ）またはモ
リブデン（Ｍｏ）、もしくはこれらの積層材料を用い、
フォトリソ技法でパターニングしている。なお、ゲート
電極２は図示しないゲート配線と同層、同材料で形成さ
れるものであり、以下では「ゲート電極」はゲート配線
も含むものとする。

【００１１】しかし、画面サイズが大きな液晶表示装置
では、駆動端から終端までの配線長が長くなって駆動波
形が歪むのを抑制するために低抵抗のアルミニウム材料
を用いてゲート電極を構成している。

【００１２】アルミニウムを用いたゲート電極について
は、例えば、ＡＭ−ＬＣＤ９４Ｄｉｇｅｓｔｏｆ
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒ，ｐｐ．１８８〜１９
１に記載された積層構造としたものが知られている。

【００１３】図６は上記文献に開示されたゲート電極の
構造を説明する模式断面図である。この構造では、ガラ
ス基板１上に形成するゲート電極２を、モリブデン−タ
ンタル／モリブデン／アルミニウム積層構造（Ｍｏ−Ｔ
ａ／Ｍｏ／Ａｌ）としている。

【００１４】すなわち、このゲート電極の形成プロセス
は、ガラス基板１に上にアルミニウム（Ａｌ）膜２１
を、さらにモリブデン（Ｍｏ）膜２２を連続して成膜
し、一回のフォトリソ工程（１ホト）でモリブデン（Ｍ
ｏ）膜２２とアルミニウム（Ａｌ）膜２１を順次パター
ニング加工する。その後、タンタル／モリブデン（Ｔａ
／Ｍｏ）膜２３を成膜し、１ホトでこのタンタル／モリ
ブデン２３をパターニング加工する。

【００１５】図中、タンタル／モリブデン（Ｔａ／Ｍ
ｏ）膜２３はアルミニウム（Ａｌ）膜２１のヒロックを
抑えるための所謂キャップメタル層である。

【００１６】また、ゲート電極にアルミニウム（Ａｌ）
膜を用いた第２の従来技術として、例えば、電子材料別
冊「液晶ディスプレイ技術１９９７年」（ｐｐ．７２
〜７５）を挙げることができる。

【００１７】図７は上記の文献に開示されたゲート電極
の構造を説明する模式断面図である。この構造では、ガ
ラス基板１上に形成するゲート電極２を、超高真空雰囲
気中で純アルミニウム（Ａｌ）膜２４を成膜し、さらに
連続してその上層にキャップメタル層２５を成膜する。
このキャップメタル層２５の材料としてはチタンが用い
られる。

【００１８】そして、上記純アルミニウム（Ａｌ）膜２
４とキャップメタル層２５の積層構造を１ホトで一括に
ドライエッチング加工でパターニングする。

【００１９】ゲート電極にアルミニウム（Ａｌ）膜を用
いた第３の従来技術として、特開平５−１８４７４７号
公報に開示されたアルミニウム（Ａｌ）−ネオジム（Ｎ
ｄ）合金（Ａｌ−Ｎｄ）を用いたものがある。

【００２０】図８は上記の公報に開示されたゲート電極
の構造を説明する模式断面図である。この構造では、ガ
ラス基板１上にスパッタリングによってＡｌ−Ｎｄ膜２
６を３００ｎｍの厚さに成膜し、幅２０ｎｍにパターニ
ング加工して３００°Ｃの熱処理を施してゲート電極を
形成したものである。

【００２１】このゲート電極について、その断面を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、図示したような高さ
０．１５μｍを越えるヒロック２７が観察された。

【００２２】さらに、Ａｌ−Ｎｄ膜をパターニングした
基板に窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を被覆し、その上に金
属膜を成膜して絶縁耐圧特性を調査したところ、十分な
耐圧特性が得られないことが分かった。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のう
ち、図６で説明したものでは、ゲート電極にアルミニウ
ム膜を使用してパターニングする場合、２回のフォトリ
ソ工程を要し、パターニングのプロセスが複雑になると
いう問題がある。

【００２４】また、図７で説明した従来技術では、成膜
時の超高真空成膜装置やドライエッチング装置が必要と
なるため、製造コストが高くなるという問題がある。

【００２５】そして、図８で説明した従来技術はその耐
圧特性が不十分であることは前記したとおりである。

【００２６】本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を
解消し、ゲート電極にアルミニウム膜を使用する場合の
形成プロセスの簡素化と低コスト化を図ると共に、耐圧
特性を向上させた液晶表示装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ゲート電極として基本的にアルミニウム
膜を用い、このアルミニウム膜としてネオジムＮｄ元素
を添加したアルミニウム：アルミニウム（Ａｌ）−ネオ
ジム（Ｎｄ）合金（以下、Ａｌ−Ｎｄとも表記する）膜
とモリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、クロム−モリ
ブデン（Ｃｒ−Ｍｏ）合金、またはタンタル（Ｔａ）等
の高融点金属膜の積層構造とし、この積層構造を１ホト
プロセスでパターニングすることを特徴とする。

【００２８】本発明の典型的な構成を記述すれば、次の
とおりである。すなわち、（１）画素電極と、走査信号を印加するゲート電極と映
像信号を印加するドレイン電極と、前記画素電極に接続
するソース電極を有する薄膜トランジスタを形成した一
方の基板と、少なくともカラーフィルタを有する他方の
基板とからなり、前記一方の基板と他方の基板の間に液
晶層を封入してなり、前記ゲート電極を、ネオジム元素
を添加したアルミニウム：アルミニウム−ネオジム（Ａ
ｌ−Ｎｄ）合金膜の上層に高融点金属膜を積層した積層
構造とした。

【００２９】（２）（１）における前記高融点金属とし
て、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、クロム−モ
リブデン合金（Ｃｒ−Ｍｏ）、またはタンタル（Ｔａ）
の何れを用いた。

【００３０】なお、上記アルミニウム−ネオジム（Ａｌ
−Ｎｄ）合金膜とモリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃ
ｒ）、クロム−モリブデン合金（Ｃｒ−Ｍｏ）、または
タンタル（Ｔａ）等の高融点金属の積層構造のパターニ
ングを一回のウエットエッチングプロセス（フォトリソ
プロセス）で加工する。

【００３１】この構成により、ヒロックが無く、絶縁耐
圧特性を向上したゲート電極（およびゲート配線）が形
成でき、また安価なフォトリソプロセスの一回の工程で
所要のパターニング加工を実現できる。

【００３２】本発明は、上記の構成に限定されるもので
はなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変
更が可能である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、上記した本発明の実施の形
態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

【００３４】図１は本発明による液晶表示装置の一実施
例を説明するゲート電極の模式断面図である。本実施例
では、ガラス基板（アクティブマトリクス基板）１上に
アルミニウム−ネオジム合金膜（ネオジム元素を添加し
たアルミニウム合金膜：Ａｌ−Ｎｄ膜）２Ａと高融点金
属膜モリブデン（Ｍｏ）膜２Ｂの積層構造でゲート電極
２を形成した。高融点金属膜モリブデン（Ｍｏ）膜２Ｂ
は、前記したキャップメタル層としての機能を有する。

【００３５】このゲート電極２は、先ずＡｌ−Ｎｄ膜２
ＡとＭｏ膜２Ｂを順次スパッタリングで成膜し、その
後、一回のフォトプロセス、すなわち上記Ａｌ−Ｎｄ膜
２ＡとＭｏ膜２Ｂの積層膜にフォトレジストを塗布し、
所定パターンの露光マスクを用いて露光し現像する一連
のウエットプロセスを施し、上記高融点金属であるＭｏ
膜２ＢとＡｌ−Ｎｄ膜２Ａを順次エッチングして得られ
る。

【００３６】なお、高融点金属として、クロム（Ｃ
ｒ）、クロム−モリブデン合金（Ｃｒ−Ｍｏ）、または
タンタル（Ｔａ）等も同様にウエットエッチングが可能
な金属であり、上記のＭｏに代えて用いることができ
る。

【００３７】この実施例でも、ヒロックは発生するが、
その大きさは極めて小さいので、耐圧特性を劣化させる
ことはない。

【００３８】図２は図１で説明した本発明による液晶表
示装置の一実施例におけるヒロック発生を具体的に説明
する模式断面図である。ガラス基板１にＡｌ−Ｎｄ膜２
Ａを厚さ３００ｎｍに、その上層にＭｏ膜２Ｂを厚さ３
０ｎｍに連続スパッタリング成膜した後、１ホトプロセ
スで幅２０μｍにパターニング加工する。その後、３０
０°Ｃで熱処理し、その断面を走査型電子顕微鏡で観察
した。

【００３９】図２に示したようにヒロック２Ｃが認めら
れたが、このヒロック２Ｃの高さは０．１μｍ以下であ
った。また、Ａｌ−Ｎｄ膜２Ａの側面に、所謂サイドヒ
ロックの発生は認められなかった。

【００４０】そして、この基板に、膜厚３００ｎｍの窒
化シリコン（ＳｉＮ）膜を被覆し、その上に金属層を成
膜して絶縁耐圧特性を試験したところ、耐圧特性は１０
ＭＶ／ｃｍ以上あり、極めて良好な絶縁耐圧特性を持つ
ことが実証された。

【００４１】このように、Ａｌ−Ｎｄ膜２Ａの上層に高
融点金属であるＭｏ膜２Ｂを積層することによって、ヒ
ロックが発生しても、その高さが抑制され、結果として
絶縁耐圧特性が向上する。

【００４２】以上のように、本実施例によれば、ヒロッ
クが発生しても極めて小さく、ゲート電極（ゲート配
線）の耐圧が向上し、信頼性の高い液晶表示装置が得ら
れる。また、高融点金属であるＭｏ膜２Ｂ、Ａｌ−Ｎｄ
膜２Ａはウエットエッチングが可能な金属であるため、
安価なウエットエッチング設備が使用でき、液晶表示装
置の製造コストを低減できる。

【００４３】図３は本発明による液晶表示装置の画素部
分の構成例を説明するアクティブマスク基板側の要部断
面模式図である。この液晶表示装置では、そのゲート電
極（ゲート配線）に前記図１〜図２で説明したＡｌ−Ｎ
ｄ膜２ＡとＭｏ膜２Ｂの積層構造を用いている。

【００４４】図３において、１はガラス基板（アクティ
ブマトリクス基板）、２はゲート電極、２ＡはＡｌ−Ｎ
ｄ膜、２ＢはＭｏ膜、３はＳｉＮ等からなるゲート絶縁
膜、４はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体
層、５はドレイン電極、６はソース電極、７は画素電極
（ＩＴＯ等の透明電極）、８はＳｉＮ等からなる薄膜ト
ランジスタＴＦＴの保護膜である。

【００４５】この液晶表示装置は、そのゲート電極およ
びゲート配線を基本的にアルミニウム（Ａｌ−Ｎｄ合
金）で形成するため、大画面、高精細化に対応でき、ア
ルミニウムを用いているにも係わらず、ゲート電極（ゲ
ート配線）のパターニングプロセスが簡略化できるので
液晶表示装置の製造コストは安価となる。

【００４６】なお、上記実施例は所謂縦電界方式の液晶
表示装置におけるゲート電極（ゲート配線）を例とした
が、本発明はこれに限るものではなく、同様の電極ある
いは配線にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用い
る場合にも同様に適用でき、また他の方式の液晶表示装
置に対しても応用可能である。

【００４７】図４は本発明による液晶表示装置の一構造
例を説明する分解斜視図であって、液晶表示装置（以
下、液晶表示パネル，回路基板，バックライト、その他
の構成部材を一体化したモジュール：ＭＤＬと称する）
の具体的構造を説明するものである。

【００４８】同図において、ＳＨＤは金属板からなるシ
ールドケース（メタルフレームとも言う）、ＷＤは表示
窓、ＩＮＳ１〜３は絶縁シート、ＰＣＢ１〜３は回路基
板（ＰＣＢ１はドレイン側回路基板：映像信号線駆動用
回路基板、ＰＣＢ２はゲート側回路基板、ＰＣＢ３はイ
ンターフェース回路基板）、ＪＮ１〜３は回路基板ＰＣ
Ｂ１〜３同士を電気的に接続するジョイナ、ＴＣＰ１，
ＴＣＰ２はテープキャリアパッケージ、ＰＮＬは液晶表
示パネル、ＧＣはゴムクッション、ＩＬＳは遮光スペー
サ、ＰＲＳはプリズムシート、ＳＰＳは拡散シート、Ｇ
ＬＢは導光板、ＲＦＳは反射シート、ＭＣＡは一体化成
形により形成された下側ケース（モールドフレーム）、
ＭＯはＭＣＡの開口、ＬＰは蛍光管、ＬＰＣはランプケ
ーブル、ＧＢは蛍光管ＬＰを支持するゴムブッシュ、Ｂ
ＡＴは両面粘着テープ、ＢＬは蛍光管や導光板等からな
るバックライトを示し、図示の配置関係で拡散板部材を
積み重ねて液晶表示モジュールＭＤＬが組立てられる。

【００４９】液晶表示モジュールＭＤＬは、下側ケース
ＭＣＡとシールドケースＳＨＤの２種の収納・保持部材
を有し、絶縁シートＩＮＳ１〜３、回路基板ＰＣＢ１〜
３、液晶表示パネルＰＮＬを収納固定した金属製のシー
ルドケースＳＨＤと、蛍光管ＬＰ、導光板ＧＬＢ、プリ
ズムシートＰＲＳ等からなるバックライトＢＬを収納し
た下側ケースＭＣＡとを合体させてなる。

【００５０】映像信号線駆動用回路基板ＰＣＢ１には液
晶表示パネルＰＮＬの各画素を駆動するための集積回路
チップが搭載され、またインターフェース回路基板ＰＣ
Ｂ３には外部ホストからの映像信号の受入れ、タイミン
グ信号等の制御信号を受け入れる集積回路チップ、およ
びタイミングを加工してクロック信号を生成するタイミ
ングコンバータＴＣＯＮ等が搭載される。

【００５１】上記タイミングコンバータで生成されたク
ロック信号はインターフェース回路基板ＰＣＢ３および
映像信号線駆動用回路基板ＰＣＢ１に敷設されたクロッ
ク信号ラインＣＬＬを介して映像信号線駆動用回路基板
ＰＣＢ１に搭載された集積回路チップに供給される。

【００５２】インターフェース回路基板ＰＣＢ３および
映像信号線駆動用回路基板ＰＣＢ１は多層配線基板であ
り、上記クロック信号ラインＣＬＬはインターフェース
回路基板ＰＣＢ３および映像信号線駆動用回路基板ＰＣ
Ｂ１の内層配線として形成される。

【００５３】なお、液晶表示パネルＰＮＬにはＴＦＴを
駆動するためのドレイン側回路基板ＰＣＢ１、ゲート側
回路基板ＰＣＢ２およびインターフェース回路基板ＰＣ
Ｂ３がテープキャリアパッケージＴＣＰ１，ＴＣＰ２は
で接続され、各回路基板間はジョイナＪＮ１，２，３で
接続されている。

【００５４】この液晶表示装置における液晶表示パネル
ＰＮＬは前記実施例で説明した構造のゲート電極を有
し、低コストで高信頼性、かつ高精細な画像表示が得ら
れる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲート電極（ゲート配線）に１ホトプロセスでパターニ
ングされたアルミニウム−ネオジム合金膜とモリブデ
ン、クロム、クロム−モリブデン合金、タンタル等の高
融点金属膜の積層構造を用いるため、パターニングプロ
セスが簡略化される。

【００５６】上層に積層したモリブデン等の高融点金属
はアルミニウム−ネオジム合金膜のヒロックを抑制する
機能を有し、その結果、ゲート絶縁耐圧が向上する。

【００５７】さらに、上記アルミニウム−ネオジム合金
膜とモリブデン、クロム、クロム−モリブデン合金、タ
ンタル等の高融点金属膜は残渣のないウエットエッチン
グが可能であるため、安価なウエットエッチング設備が
使用でき、全体として低コストの液晶表示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の一実施例を説明す
るゲート電極の模式断面図である。

【図２】図１で説明した本発明による液晶表示装置の一
実施例におけるヒロック発生を具体的に説明する模式断
面図である。

【図３】本発明による液晶表示装置の画素部分の構成例
を説明するアクティブマスク基板側の要部断面模式図で
ある。

【図４】本発明による液晶表示装置の一構造例を説明す
る分解斜視図である。

【図５】従来の縦電界方式アクティブマトリクス型液晶
表示装置の画素部分の構成例を説明する要部断面模式図
である。

【図６】従来の液晶表示装置におけるゲート電極の構造
を説明する模式断面図である。

【図７】従来の液晶表示装置におけるゲート電極の他の
構造を説明する模式断面図である。

【図８】従来の液晶表示装置におけるゲート電極のさら
に他の構造を説明する模式断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板（アクティブマトリクス基板）２ゲート電極２Ａアルミニウム−ネオジム合金膜２Ｂ高融点金属膜２Ｃヒロック３ゲート絶縁膜４半導体層５ドレイン電極６ソース電極７画素電極８薄膜トランジスタＴＦＴの保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者落合孝洋千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者金子寿輝千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内Ｆターム(参考） 2H092 JA26 JA29 JA38 JA39 JA40 JA42 JA44 JB13 JB22 JB24 JB32 JB33 JB51 JB57 JB63 JB69 KA05 KA07 KA12 KA16 KA18 KB24 MA05 MA08 MA14 MA15 MA16 MA18 MA19 MA20 MA27 MA32 MA35 MA37 MA41 NA14 NA25 NA27 NA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極と、走査信号を印加するゲート電
極と映像信号を印加するドレイン電極と、前記画素電極
に接続するソース電極を有する薄膜トランジスタを形成
した一方の基板と、少なくともカラーフィルタを有する
他方の基板とからなり、前記一方の基板と他方の基板の
間に液晶層を封入した液晶表示装置であって、前記ゲート電極が、アルミニウム−ネオジム合金膜の上
層に高融点金属膜を積層した積層構造であることを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項２】前記高融点金属がモリブデン、クロム、ク
ロム−モリブデン合金、またはタンタルの何れかである
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。