JP2009271462A - アレイ基板及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒロック等の発生による障害が発生することがなく、十分な信頼性を確保することが可能なアレイ基板及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】 第１配線層、第２配線層１７、第３配線層１９を有し、信号線が第２配線層１７及び第３配線層１９により構成されるとともに、最下層の第１配線層の一部が薄膜トランジスタのゲート電極１５を構成している。外部接続用のＯＬＢパッド４が最上層の第３配線層１９の一部により形成されており、ＯＬＢパッド４と接続される引き出し配線が第２配線層１７により形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、信号線等の配線層が多層構成とされたアレイ基板及び画像表示装置に関するものであり、特に、外部接続用の接続パッド構造の改良に関する。

例えば画像表示装置の一種である液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の優れた特徴を有する平面表示装置であることから、いわゆるＰＤＡや携帯電話等のようなモバイル機器や、パーソナルコンピュータの表示部、さらには液晶テレビ等、広範な用途に用いられている。

前記液晶表示装置は、液晶層が一対の表示パネル基板、すなわちアレイ基板及び対向基板間に挟持された構造の液晶表示パネルを有しており、前記アレイ基板と対向基板の間に画素毎に選択的に電圧を印加することで液晶層が制御され、画像の表示が行われる。ここで、例えばアクティブマトリクス型液晶表示パネルでは、アレイ基板に、アモルファスシリコンやポリシリコン半導体を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がスイッチング素子として形成されるとともに、このスイッチング素子と接続される画素電極、走査線、信号線等が形成される。一方、対向基板には、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等からなる対向電極やカラーフィルター等が形成される。

前述の構造を有する液晶表示パネルの製造においては、ドライバー回路や電源回路等、駆動回路を構成する薄膜トランジスタを基板上に作り込むことが行われており、例えば外付け集積回路（ＩＣ）として設置していた駆動回路についても、液晶表示パネルの額縁領域に作り込むようになってきている。ただし、例えばモバイル製品に使用される液晶表示パネル等においては、サイズの拡大を極力抑えることが求められており、液晶表示パネルの周囲に配線形成等のために必要となる額縁領域の狭小化が大きな課題となっている。

そこで従来、例えばプロセス技術において、ウエットエッチングからドライエッチングに移行し、エッチング変換差を小さくすることで配線の微細化を実現し、狭額縁化を進めることが試みられている。しかしながら、配線の微細化が進むにつれ、低抵抗配線を実現するために、配線幅を微細にする代わりに配線膜厚を厚くする必要が生じ、膜厚が厚くなる分、ドライエッチングでもエッチング変換差が次第に大きくなり、これ以上の狭額縁化は難しくなっている。

このような状況から、半導体分野等と同様、多層配線技術を取り入れる動きが活発になってきている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１には、表示部と額縁部を有するアレイ基板を備え、前記表示部は、複数の配線と、前記配線と接続された複数の薄膜トランジスタとを備え、前記額縁部は、前記薄膜トランジスタを駆動する駆動回路を備え、前記配線は、第１配線材料によって形成された第１配線層と、第１配線層上に形成された第２配線層とを備える画像表示装置が開示されている。特許文献１記載の発明では、配線を第１配線層と第２配線層とから構成するとともに、これら配線層において微細化に適した材料及び低抵抗な材料を役割に応じて使い分けることで狭額縁化を実現している。
特開２００２−２９７０５７号公報

ところで、配線層を多層化する場合、アレイ基板の作製工程上、薄膜トランジスタのゲート電極としても使用される第１配線（最下層の配線）には、高融点材料であるＭｏやＷ等が用いられ、第２配線以上には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉのような低抵抗な金属配線が用いられている。また、アレイ基板上には、複数の薄膜トランジスタや電源線、信号線等の配線とともに、これら電源線や信号線の外部接続用の接続パッドも形成されている。前記接続パッドにフレキシブル配線基板等を接続することにより、液晶表示パネルに内蔵される駆動回路と外部回路との電気的接続が図られる。

前記電源線や信号線等の配線と前記外部接続用の接続パッドは、同時に形成するのが一般的であるが、この時、接続パッドと接続される引き出し配線や接続パッド自体を、最上層の金属配線ではなく２層目の金属配線を使用して形成すると、いわゆるヒロックの問題が発生し易い。２層目の金属配線を使用して引き出し配線や接続パッドを形成した場合、その上に積層形成される金属配線（最上層の金属配線）をエッチングする際に、エッチング選択比がないため、接続パッドを構成する金属配線の表面もエッチングされてしまう。前記金属配線が前記Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉによって形成されている場合、バリアメタルであるＴｉが消失してしまい、Ａｌ配線がむき出しとなり、ヒロックが生じてしまう。ヒロックは、Ａｌ配線表面等に発生するサブミクロンサイズの半球状突起物であり、パッシベーション膜の破壊や配線間ショート等を引き起こす原因となる。

一方、最上層の金属配線を前記引き出し配線や接続パッドに使用した場合、最上層の金属配線上に無機絶縁膜を形成しないと、引き出し配線がむき出しとなり、配線の腐食が生ずる等、信頼性を著しく損なう結果となる。近年では、工程数削減のため、最上層の金属配線上の無機絶縁膜については、これを省略することが望まれている。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、いわゆるヒロックの発生による障害が発生することがなく、また、最上層の金属配線上に無機絶縁膜を形成しなくても十分な信頼性を確保することが可能なアレイ基板を提供することを目的とし、さらには画像表示装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明のアレイ基板は、３層以上の配線層を有し、少なくとも信号線が２層以上の配線層により構成されるとともに、最下層の配線層の一部が薄膜トランジスタのゲート電極を構成しており、外部接続用の接続パッドを有するアレイ基板であって、前記接続パッドが最上層の配線層の一部により形成されており、当該接続パッドと接続される引き出し配線が最下層の配線層及び最上層の配線層以外の配線層により形成されていることを特徴とする。また、本発明の画像表示装置は、前記構成のアレイ基板を有することを特徴とする。

本発明では、最上層の配線層により接続パッドが形成される。したがって、最上層の配線層のパターニングの際に、その下の配線層がエッチングされることがなく、バリアメタルが消失したりヒロックが発生することがない。また、最上層以外の配線層により引き出し配線が形成されているので、最上層を覆う無機絶縁膜を省略しても引き出し配線がむき出しになることがなく、腐食等が防止される。

本発明によれば、ヒロックの発生や配線の腐食等の無い信頼性の高いアレイ基板及び画像表示装置の提供が可能である。また、本発明においては、多層配線化により、狭額縁化や配線の低抵抗化も実現可能である。

以下、本発明を適用したアレイ基板及び画像表示装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、画像表示装置の一種である液晶表示装置及び液晶表示装置の液晶表示パネルに用いられるアレイ基板を例にして説明する。

液晶表示装置は、図１に示すように、アレイ基板２と対向基板３により構成される液晶表示パネル１を備え、これらアレイ基板２と対向基板３の間の液晶層を、アレイ基板２上に形成された薄膜トランジスタ（画素トランジスタ）をスイッチング素子として駆動することで、画像の表示が行われる。

ここで、表示部である表示領域Ｈにおいては、アレイ基板２に各画素に対応して画素電極がマトリクス状に形成されるとともに、画素電極の行方向に沿って走査線が形成され、列方向に沿って信号線が形成されている。さらに、各走査線と信号線の交差位置に前記画素トランジスタが形成されている。

一方、アレイ基板２の周辺領域（液晶表示パネル１の額縁領域）には、アレイ基板２に配列形成される信号線に駆動信号を供給する信号線駆動回路や、走査線に駆動信号を供給する走査線駆動回路等の駆動回路が形成されており、これら駆動回路と外部回路とを接続するための接続パッド（いわゆるＯＬＢパッド４）が形成されている。信号線駆動回路や走査線駆動回路は、例えば複数の薄膜トランジスタと、これら薄膜トランジスタに接続される配線等から構成されている。ＯＬＢパッド４は、外部接続用の接続パッドであり、前記配線と電気的に導通された導電パッドとして形成されている。そして、ここに例えばフレキシブル配線基板に形成された外部接続用の配線の端子部を異方導電性接着フィルム等を用いて接続することで、駆動回路と外部回路の電気的な接続が図られる。

図２は、液晶表示パネル１のアレイ基板２上に形成された薄膜トランジスタ近傍及び接続パッド形成部分を示す概略断面図である。例えば、アレイ基板２の額縁領域に形成される駆動回路は、複数の薄膜トランジスタを備えているが、これら薄膜トランジスタは、例えばポリシリコンを活性層としてアレイ基板２上に直接形成されている。すなわち、前記薄膜トランジスタは、ガラス基板１１上にアンダーコート層１２を介して多結晶半導体層（ポリシリコン層）１３を形成し、当該多結晶半導体層１３を活性層（チャネル層）として利用することにより構成されている。

ガラス基板１１上には、前記の通りアンダーコート層１２が形成されるが、これはガラス基板１１の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、ガラス基板１１に含まれる不純物の多結晶半導体層１３への拡散を防止すること等を目的に形成されている。このアンダーコート層１２は、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜することにより形成されるが、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記ガラス基板１１が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記アンダーコート層１２を省略することも可能である。

前記アンダーコート層１２上に形成される多結晶半導体層１３は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層１３は、エッチングにより島状に素子分離されている。また、各多結晶半導体層１３には、不純物注入によりソース領域１３Ａ，及びドレイン領域１３Ｂが形成されている。

前記多結晶半導体層１３のチャネル上には、ゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１５が形成され、さらには薄膜トランジスタと他の回路とを結ぶ配線が形成されているが、本実施形態においては、前記配線が多層配線化（３層配線化）されている。

３層配線について説明すると、アレイ基板２には、先ず、最も下の配線層（最下層の配線層）として、第１配線層が形成されている。第１配線層は、その一部が前記ゲート電極１５を構成しており、例えばＭｏやＷにより形成されている。

その上には、第１層間絶縁膜１６を介して第２配線層１７が形成されている。この第２配線層１７は、第１層間絶縁膜１６に形成したコンタクトホールを介して薄膜トランジスタのソース領域１３Ａ、あるいはドレイン領域１３Ｂと接続されている。

さらに、第２配線層１７上には、第２層間絶縁膜１８を介して第３配線層１９が形成されるている。第３配線層１９上には平坦化膜２０が形成され、この上に画素電極２１が例えばＩＴＯ等により形成されている。

この第３配線層１９は、本実施形態においては、最上層の配線層であり、信号線等の配線層を第２配線層１７と第３配線層１９の２層構成とすることにより、例えば額縁領域を狭小化することができる。配線を単層配線（第２配線層１７のみ）とした場合、第２配線層１７同士を交差させることはできず、例えば薄膜トランジスタ上に形成することも難しい。したがって、配線引き回しのためにある程度の面積が必要であり、額縁領域を狭小化することが難しくなる。２層配線化すれば、例えば第２配線層１７と第３配線層１９を交差させることが可能であり、第３配線層１９を薄膜トランジスタと重なる位置に形成することも可能になるので、配線の自由度が増し、配線引き回しのための面積を大幅に削減することが可能になる。

なお、前記第２配線層１７や第３配線層１９は、いずれも電気抵抗が小さなＡｌを主材料とするＡｌ配線を主体とし、その上下にバリアメタル層を形成したものである。バリアメタル層は、例えば導電性を有するとともに、Ａｌ拡散に対するバリア性を有し、且つ腐食し難くマイグレーションも発生し難い高融点金属により形成すればよい。高融点金属としては、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏを挙げることができる。したがって、前記第２配線層１７や第３配線層１９の配線構成としては、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉである。

本実施形態においては、このような配線構造を有するアレイ基板２において、最上層の配線層である前記第３配線層１９を利用して外部接続用のＯＬＢパッド４を形成し、最下層の配線層及び最上層の配線層以外の配線層である第２配線層１７を利用して前記ＯＬＢパッド４と接続される引き出し配線部分１７ａを形成している。

図３に示すように、ＯＬＢパッド４は、ある程度の面積を有する方形状の導体パターンとして形成されており、第２層間絶縁膜１８上に導電性金属薄膜を形成し、第３配線層１９を形成するためのパターニングにおいて、第３配線層１９と同時に形成されるものである。したがって、ＯＬＢパッド４は、第３配線層１９の一部として形成されていることになる。

前記ＯＬＢパッド４は、第２層間絶縁膜１８に形成されたコンタクトホール１８ａを介して第２配線層１７の引き出し配線部分１７ａと接続されている。また、第３配線層１９の一部として形成されたＯＬＢパッド４の表面は、ＩＴＯ透明電極パターン２２で被覆されている。ＩＴＯ透明電極パターン２２は、酸化物により形成されているため、ＯＬＢパッド４の腐食を防止する機能も有する。外部接続に際しては、前記ＩＴＯ透明電極パターン２２上にフレキシブル配線基板の端子部を重ね、例えば異方導電性接着フィルム等を介して接続する。これにより、前記ＯＬＢパッド４や引き出し配線部分１７ａを介してアレイ基板２の内部回路と外部回路の電気的接続が図られる。

前述の構成を有するＯＬＢパッド４の形成に際しては、第２層間絶縁膜１８に形成されたコンタクトホール１８ａを介して第２配線層１７の引き出し配線部分１７ａとＯＬＢパッド４の接続を図る必要がある。したがって、ＯＬＢパッド４の形成に際しては、第２層間絶縁膜１８にコンタクトホール１８ａを形成した後、第３配線層１９を形成するための導電性金属薄膜を成膜し、これをエッチングによりパターニングする。

本実施形態では、第３配線層１９のパターニングにおいて、前記コンタクトホール１８ａは導電性金属薄膜（ＯＬＢパッド４）によって覆われた状態になるため、コンタクトホール１８ａ内に露出する第２配線層１７（引き出し配線部分１７ａ）がエッチングに晒されることがなく、ヒロックの発生を防止することができる。すなわち、第３配線層１９のエッチング時に第２配線層１７がエッチングされることがなく、バリアメタル層の消失が起こらないので、Ａｌ配線のむき出しがなくなり、ヒロックが生ずることがない。

これに対して、例えば図４に示すように、第２配線層１７をＯＬＢパッドとして利用する場合、第３配線層１９のエッチングの際に第２配線層１７がむき出しとなる。第２配線層１７と第３配線層１９は同じ材料で形成されているため、前記エッチングにおいて選択比がなく、当該エッチングにより第２配線層１７のバリアメタルが消失してしまう可能性が高い。バリアメタルが消失してＡｌ配線がむき出しになると、ヒロックが生じてしまうという問題が発生する。

また、前述の本実施形態の構成では、第２配線層１７を引き出し配線として使用していることから、配線腐食防止の観点からも有利である。第２配線層１７は、第２層間絶縁膜１８で覆われており、ＯＬＢパッド４が形成される領域においても配線のむき出しがない。したがって、腐食を確実に防止することができる。

これに対して、例えば図５に示すように、第３配線層１９を引き出し配線に使用した場合、第３配線層１９上には無機絶縁膜がないことから、配線がむき出しとなってしまい、配線の腐食が起こってしまうという問題が生ずる。

その他、本実施形態の配線構造を採用した場合、ＯＬＢパッド４までの引き出し配線にＡｌ配線を主体とする第２配線層１７を使用しているので、例えばゲート電極１５等を構成する第１配線層（ＭｏやＷからなる配線層）を引き出す場合と比べて低抵抗での配線形成が可能であるという利点も有する。また、ＯＬＢパッド４において、第３配線層１９は第２層間絶縁膜１８だけでなく、同一材料により形成される第２配線層１７とも接することになり、より高い密着性が得られるという利点もある。特に、第２層間絶縁膜１８には、下地の段差を減らすために平坦性を有する有機絶縁膜が使用されることがあり、この場合には金属配線である第３配線層１９と第２層間絶縁膜１８の密着性が不十分となることがあるが、前記構造の場合、高い密着力が得られるという利点がある。さらに、本実施形態の配線構造では、第２配線層１７の下にＭｏやＷで形成される第１配線層があるので、機械的強度を増すことができるという利点も有する。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、前記実施形態においては、液晶表示装置に適用した例について説明したが、表示装置としては液晶表示装置に限られるものではなく、例えば有機ＥＬ表示装置等にも適用することが可能である。

液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。 本実施形態のアレイ基板における薄膜トランジスタ形成部分及びＯＬＢパッド形成部分を示す概略断面図である。 ＯＬＢパッド形成部分の概略平面図である。 第２配線層を利用してＯＬＢパッドを形成したアレイ基板（比較例に相当する）における薄膜トランジスタ形成部分及びＯＬＢパッド形成部分を示す概略断面図である。 第３配線層を利用して引き出し配線を形成したアレイ基板（比較例に相当する）における薄膜トランジスタ形成部分及びＯＬＢパッド形成部分を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル、２ アレイ基板、３ 対向基板、４ ＯＬＢパッド、１１ 基板、１２ アンダーコート層、１３ 多結晶半導体層、１４ ゲート絶縁膜、１５ ゲート電極、１６ 第１層間絶縁膜、１７ 第２配線層、１７ａ 引き出し配線部分、１８ 第２層間絶縁膜、１８ａ コンタクトホール、１９ 第３配線層、２０ 平坦化膜、２１ 画素電極、２２ ＩＴＯ透明電極パターン

Claims (6)

1. ３層以上の配線層を有し、少なくとも信号線が２層以上の配線層により構成されるとともに、最下層の配線層の一部が薄膜トランジスタのゲート電極を構成しており、外部接続用の接続パッドを有するアレイ基板であって、
   前記接続パッドが最上層の配線層の一部により形成されており、当該接続パッドと接続される引き出し配線が最下層の配線層及び最上層の配線層以外の配線層により形成されていることを特徴とするアレイ基板。
2. 前記最上層の配線層を被覆する無機絶縁膜が省略されていることを特徴とする請求項１記載のアレイ基板。
3. 前記最下層の配線層以外の配線層が同一の配線材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のアレイ基板。
4. 少なくとも最下層の配線層以外の配線層がＡｌを主体とするＡｌ系配線材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のアレイ基板。
5. 少なくとも最下層の配線層以外の配線層が、Ａｌ層を主体とし、上下にバリアメタル層が形成されて構成されていることを特徴とする請求項４記載のアレイ基板。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載のアレイ基板を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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