JP2019102656A - 配線構造、および配線構造を有する表示装置 - Google Patents
配線構造、および配線構造を有する表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】配線間ショートの発生を効果的に防止できる配線構造を提供する。【解決手段】配線構造は、第1の配線、第1の配線上の第1の絶縁膜、第1の絶縁膜上に位置し、第1の配線と交差する第2の配線、第1の絶縁膜上に位置し、第2の配線から離間する電極、および、第2の配線と電極上の第2の絶縁膜を有する。電極の全体が第1の配線と重なる。第1の配線上において、第2の配線と電極の間では第1の絶縁膜の上面の全体が第2の絶縁膜と接する。【選択図】図8
Description
本発明の実施形態の一つは、複数の配線が配置された配線構造、およびこの配線構造を有する表示装置などの半導体装置に関する。
半導体装置は、半導体基板、あるいはガラス基板などの基板上に設けられた種々の導電膜、半導体膜、絶縁膜の積層体であり、これらの膜を適切にパターニングして配置することで半導体装置としての様々な機能を発現することができる。半導体装置の一例が液晶表示装置や有機EL(Electroluminescence)表示装置などの表示装置である。表示装置の製造過程では、大型のガラス基板上に種々の導電膜、半導体膜、絶縁膜が堆積、パターニングされ、これによってトランジスタや容量素子、表示素子などの素子やこれらを電気的に接続する配線が形成される。
半導体装置の高集積化、表示装置の高精細化に伴い、素子や配線も基板上に高密度に配置される。このため、パターニング不良が発生して導電性の残渣などが基板上に残留すると、近接する配線同士で容易にショートが誘発される。そこで例えば特許文献1から3では、配線間でのショートを防止するための様々な構造が提案されている。
本発明の実施形態の一つは、高密度に配線を形成しても配線間ショートの発生を効果的に防止できる配線構造を提供することを課題の一つとする。本発明の実施形態の一つはさらに、上記配線構造を有する表示装置などの半導体装置を提供することを課題の一つとする。
本発明の実施形態の一つは配線構造である。この配線構造は、第1の配線、第1の配線上の第1の絶縁膜、第1の絶縁膜上に位置し、第1の配線と交差する第2の配線、第1の絶縁膜上に位置し、第2の配線から離間する電極、および、第2の配線と電極上の第2の絶縁膜を有する。電極の全体が第1の配線と重なる。第1の配線上において、第2の配線と電極の間では第1の絶縁膜の上面の全体が第2の絶縁膜と接する。
本発明の実施形態の一つは表示装置である。この表示装置は、トランジスタ、トランジスタ上の平坦化膜、平坦化膜上の表示素子、ならびに第1の配線を有する。トランジスタは、半導体膜、半導体膜上のゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上のゲート、ゲート上の第1の層間絶縁膜、第1の層間絶縁膜上の第2の層間絶縁膜、および記第2の層間絶縁膜上の第1の端子と第2の端子を備える。表示素子は、第2の端子と電気的に接続される。第1の配線は、第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜の間に挟まれ、第1の端子と電気的に接続される。第1の配線は開口を有し、この開口を介して第2の層間絶縁膜が平坦化膜と第1の層間絶縁膜に接する。
本発明の実施形態の一つは表示装置である。この表示装置は、トランジスタ、表示素子、および第1の配線を有する。トランジスタは、半導体膜、半導体膜上のゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上のゲート、ゲート上の第1の層間絶縁膜、第1の層間絶縁膜上の第2の層間絶縁膜、および、第2の層間絶縁膜上の第1の端子と第2の端子を備える。表示素子は、第2の端子と電気的に接続される。第1の配線は、第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜の間に挟まれ、第1の端子と電気的に接続される。第1の端子の全体は第1の配線の輪郭に囲まれる。
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
本発明において、ある一つの膜に対してエッチングや光照射を行って複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の層構造、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。
(第1実施形態)
1.構造
本発明の実施形態の一つである配線構造100の模式的上面図を図1(A)に、図1(A)の鎖線A−A´、B−B´、C−C´に沿った模式的断面図をそれぞれ図1(B)から図1(D)に示す。これらの図に示すように、配線構造100は、第1の配線102、第1の配線102上に位置し、第1の配線102と重なる第1の絶縁膜104、第1の絶縁膜104上の電極106と第2の配線108、および電極106と第2の配線108上に位置し、電極106と第2の配線108と重なる第2の絶縁膜110を有する。第2の配線108と電極106は互いに離間し、また、同一の層に存在する。すなわち、これらは同一の工程で形成され、同一の組成を有することができる。電極106は島状に設けられ、第1の配線102と重なる。より具体的には、上面視において電極106の全体が第1の配線102の輪郭に囲まれる。換言すると、電極106の底面の全体が第1の配線102と重なる。第2の配線108は第1の配線102と交差する。第1の配線102と第2の配線108が交差する角度は任意であり、直交してもよい。例えばこの角度は30°以上90°以下、45°以上90°以下、あるいは60°以上90°以下である。任意の構成として、配線構造100は第1の配線102の下に第3の絶縁膜112を有してもよい。第2の配線108と電極106には、互いに異なる電位が印加されるよう、配線構造100を構成することができる。
1.構造
本発明の実施形態の一つである配線構造100の模式的上面図を図1(A)に、図1(A)の鎖線A−A´、B−B´、C−C´に沿った模式的断面図をそれぞれ図1(B)から図1(D)に示す。これらの図に示すように、配線構造100は、第1の配線102、第1の配線102上に位置し、第1の配線102と重なる第1の絶縁膜104、第1の絶縁膜104上の電極106と第2の配線108、および電極106と第2の配線108上に位置し、電極106と第2の配線108と重なる第2の絶縁膜110を有する。第2の配線108と電極106は互いに離間し、また、同一の層に存在する。すなわち、これらは同一の工程で形成され、同一の組成を有することができる。電極106は島状に設けられ、第1の配線102と重なる。より具体的には、上面視において電極106の全体が第1の配線102の輪郭に囲まれる。換言すると、電極106の底面の全体が第1の配線102と重なる。第2の配線108は第1の配線102と交差する。第1の配線102と第2の配線108が交差する角度は任意であり、直交してもよい。例えばこの角度は30°以上90°以下、45°以上90°以下、あるいは60°以上90°以下である。任意の構成として、配線構造100は第1の配線102の下に第3の絶縁膜112を有してもよい。第2の配線108と電極106には、互いに異なる電位が印加されるよう、配線構造100を構成することができる。
図示しないが、第2の配線108と電極106の間には、これらと同一の層に存在する配線や電極を設けてもよい。あるいは図1(A)に示すように、第2の配線108と電極106の間には、これらと同一の層に存在する配線や電極を設けなくてもよい。後者の場合では、第2の配線108と電極106の間の第1の配線102上では、第1の絶縁膜104の上面の全体が第2の絶縁膜110と接する(図1(D))。
第1の絶縁膜104、第2の絶縁膜110、第3の絶縁膜112はいずれも無機化合物を含む膜であり、無機化合物としてはケイ素含有無機化合物が挙げられる。ケイ素含有無機化合物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、炭化酸化ケイ素が例示される。これらの膜は単層構造を有してもよく、異なる材料を含む膜が複数積層された構造を有してもよい。
第1の配線102、第2の配線108、および電極106は金属(0価の金属)、あるいはその合金を含み、金属としては例えばチタン、モリブデン、タングステン、タンタル、クロム、アルミニウム、銅などから選択される。
第1の配線102、第2の配線108、および電極106は、図1(A)に示すように単層構造を有してもよく、複数の層から構成されてもよい。例えば図2(A)から図2(C)に示すように、第1の配線102は、第1の導電膜102a、第2の導電膜102b、および第3の導電膜102cの積層である三層構造を有していてもよい。この場合、第2の導電膜102bはアルミニウムや銅などの高導電性金属を含み、第1の導電膜102aと第3の導電膜102cはチタンやモリブデン、タングステン、あるいはこれらの合金などの高融点金属を含むよう、第1の配線102を構成することができる。三層構造の典型例として、チタン/アルミニウム/チタン、モリブデン−タングステン合金/アルミニウム/モリブデン−タングステン合金などが挙げられる。図示していないが、電極106や第2の配線108も同様の構造を有することができる。
第1の配線102、第2の配線108、あるいは電極106が三層構造を有する場合、第1の導電膜102a、第2の導電膜102b、第3の導電膜102cの側面は同一平面上に位置しなくてもよい。例えば図3(A)、図3(B)に示すように、第2の導電膜102bの側面が第1の導電膜102aの上面と第3の導電膜102cの底面の少なくともいずれかと重なるよう、第1の配線102、第2の配線108、電極106を構成してもよい。第1の絶縁膜104は第1の配線102を覆うため、第1の配線102に起因して第1の絶縁膜104には段差が生じる。第1の配線102が上述した構造を有する場合、図3(A)や図3(B)に示すように、第1の絶縁膜104の段差における側面104bは、その下部が上部よりも第1の配線102に近くなるように傾き、その結果、第1の絶縁膜104の一部にくびれが生じ、第1の絶縁膜104は逆テーパー構造をとる。すなわち、断面において、第1の絶縁膜104の上面のうち第1の配線102と重ならない上面104aと側面104bとの角度θは90°にならず、0°以上90°以下となる(図3(B))。なお、側面104bが曲面である場合、この角度θは上面104aと、断面における上面104aと側面104bの交点を通過する側面104bの接線との角度として定義される。
図4(A)に従来の配線構造の問題点を示す上面図を、図4(B)と図4(C)に鎖線D−D´、E−E´に沿った断面図をそれぞれ模式的に示す。これらの図では、第2の絶縁膜110は省略されている。この従来構造では、電極106の一部が第1の配線102と重なり、他の一部は重ならない。
第2の配線108や電極106は、スパッタリング法や化学気相堆積(CVD)法を利用して第1の絶縁膜104上に金属膜を形成し、これをエッチングによってパターニングすることで形成される。この時、エッチングやその後の洗浄工程において、金属膜に由来する導電性のエッチング残渣が完全に除去されずに残存することがある。このエッチング残渣は前述した段差、すなわち、上面104aと側面104bとの境界104cとその近傍に残留しやすい。特に第1の絶縁膜104が逆テーパー構造を有する場合、エッチング残渣が高い確率で残留する。図4(A)の点線で示すように、この境界104cは第1の配線102を挟むように、第1の配線102に沿って延伸するため、第2の配線108や電極106はこの境界104cと重なる。このため、エッチング残渣は第2の配線108と電極106間を導通し、これらの間でショートの原因となる。特に第2の配線108と電極106間の距離が小さいときには、高い確率でショートを誘発する。
しかしながら上述したように、配線構造100では、電極106の底面の全体が第1の配線102と重なる。したがって、図5(A)の上面図、および鎖線A−A´、F−F´に沿った断面模式図(図5(B)、図5(C))に示すように、配線構造100では第2の配線108は境界104cと重なるものの、電極106は境界104cと重ならず、接しない。したがって、配線構造100を適用することで、第2の配線108と電極106間のショートを効果的に防止することができ、信頼性の高い配線構造とそれを有する回路構成を提供することができる。
2.変形例1
図6(A)に、配線構造100とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造120の上面模式図を示す。図6(B)、図6(C)は図6(A)の鎖線G−G´、H−H´に沿った断面模式図である。配線構造120は、第1の絶縁膜104が第1の配線102と重なる開口122を有し、この開口122を介して第1の配線102と電極106が電気的に接続される点で図3に示した配線構造100と異なる。
図6(A)に、配線構造100とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造120の上面模式図を示す。図6(B)、図6(C)は図6(A)の鎖線G−G´、H−H´に沿った断面模式図である。配線構造120は、第1の絶縁膜104が第1の配線102と重なる開口122を有し、この開口122を介して第1の配線102と電極106が電気的に接続される点で図3に示した配線構造100と異なる。
配線構造100と同様、配線構造120においても、電極106の底面の全体が第1の配線102と重なり、上面視において電極106の全体が第1の配線102の輪郭に囲まれるため、境界104cは電極106と重ならない。このため、第2の配線108と電極106間、および第2の配線108と第1の配線102間とのショートを効果的に防止することができる。
3.変形例2
図7(A)に、配線構造100、120とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造130の上面模式図を示す。図7(B)、図7(C)はそれぞれ図7(A)の鎖線I−I´、J−J´に沿った断面模式図である。配線構造130は、第3の絶縁膜112を介して第1の配線102や電極106と重なる第3の配線134を第1の配線102の下に有している点、第1の配線102、第3の絶縁膜112、および第1の絶縁膜104にそれぞれ開口(以下、これらの開口を総じて開口132と記す)が設けられ、この開口132を介して電極106が第1の配線102、および第3の配線134と電気的に接続される点で配線構造100、120と異なる。
図7(A)に、配線構造100、120とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造130の上面模式図を示す。図7(B)、図7(C)はそれぞれ図7(A)の鎖線I−I´、J−J´に沿った断面模式図である。配線構造130は、第3の絶縁膜112を介して第1の配線102や電極106と重なる第3の配線134を第1の配線102の下に有している点、第1の配線102、第3の絶縁膜112、および第1の絶縁膜104にそれぞれ開口(以下、これらの開口を総じて開口132と記す)が設けられ、この開口132を介して電極106が第1の配線102、および第3の配線134と電気的に接続される点で配線構造100、120と異なる。
第3の配線134は、第1の配線102や第2の配線108、電極106と同様、0価の金属を含んでもよく、あるいはシリコンやゲルマニウムなどの第14族元素、もしくは酸化物半導体などを含んでもよい。酸化物半導体としては、例えばインジウム−亜鉛混合酸化物(IZO)やインジウム−ガリウム−亜鉛混合酸化物(IGZO)などが挙げられる。また、第3の配線134には不純物がドープされていてもよい。不純物としては、ホウ素やアルミニウム、窒素やリンのイオンが挙げられる。第3の配線134の導電性は、第1の配線102や第2の配線108、電極106と同程度でもよく、これらよりも低くてもよい。例えば第3の配線134の一部は半導体としての特性を示してもよい。第3の配線134の結晶性にも制限はなく、単結晶、多結晶、微結晶、あるいはアモルファスでもよい。
第1の配線102、第3の絶縁膜112、第1の絶縁膜104にそれぞれ形成される開口の大きさや形状は互いに異なっていてもよい。例えば上面視において第1の配線102に設けられる開口全体を含むように第1の絶縁膜104に開口を形成してもよい。あるいは、第3の絶縁膜112の開口と第1の配線102の開口の大きさや形状は同一でも良い。この場合、図7(B)や図7(C)に示すように、第3の絶縁膜112の開口の側壁は、第1の導電膜102a、あるいは第3の導電膜102cの側壁と同一平面上に位置してもよい。
配線構造100や120と同様、配線構造130においても、電極106の底面の全体が第1の配線102と重なり、上面視において電極106の全体が第1の配線102の輪郭に囲まれるため、境界104cは電極106と重ならない。このため、第2の配線108と電極106間、第2の配線108と第1の配線102間、および第2の配線108と第3の配線134間とのショートを効果的に防止することができる。
4.変形例3
図8(A)に、配線構造100、120、130とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造140の上面模式図を示す。図8(B)、図8(C)はそれぞれ図8(A)の鎖線K−K´、L−L´に沿った断面模式図である。配線構造140は、第3の絶縁膜112と第1の絶縁膜104にそれぞれ開口(以下、これらの開口を総じて開口142と記す)が設けられるとともに、開口142と一部が重なる開口144が第1の配線102に設けられる点、ならびに、この開口144において第1の絶縁膜104は、第2の絶縁膜110、および第3の絶縁膜112と接する点で配線構造130と異なる。開口142、144は一部が重なり、これらを介して電極106は第1の配線102や第3の配線134と電気的に接続される。
図8(A)に、配線構造100、120、130とは異なる構造を有する、本実施形態に係る配線構造140の上面模式図を示す。図8(B)、図8(C)はそれぞれ図8(A)の鎖線K−K´、L−L´に沿った断面模式図である。配線構造140は、第3の絶縁膜112と第1の絶縁膜104にそれぞれ開口(以下、これらの開口を総じて開口142と記す)が設けられるとともに、開口142と一部が重なる開口144が第1の配線102に設けられる点、ならびに、この開口144において第1の絶縁膜104は、第2の絶縁膜110、および第3の絶縁膜112と接する点で配線構造130と異なる。開口142、144は一部が重なり、これらを介して電極106は第1の配線102や第3の配線134と電気的に接続される。
上述したように、第1の配線102は開口144を有し、この開口144において第1の絶縁膜104は、第2の絶縁膜110と第3の絶縁膜112と接する。このため、第1の配線102は、平面視において、電極106の一部を取り囲み、かつ、電極106から離間したバイパス構造を有する(図8(A))。このバイパス構造により開口144が形成される。境界104cはこのバイパス構造に沿って形成されるため、配線構造130と同様、電極106と重ならない。このため、第2の配線108と電極106間、第2の配線108と第1の配線102間、および第2の配線108と第3の配線134間とのショートを効果的に防止することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、半導体装置の一例として、第1実施形態で述べた配線構造140を有する画素が複数配置された表示装置200の構造を述べる。本実施形態では、表示素子として発光素子を有する表示装置200について説明する。第1実施形態と同一、あるいは類似する構成に関しては説明を省略することがある。
本実施形態では、半導体装置の一例として、第1実施形態で述べた配線構造140を有する画素が複数配置された表示装置200の構造を述べる。本実施形態では、表示素子として発光素子を有する表示装置200について説明する。第1実施形態と同一、あるいは類似する構成に関しては説明を省略することがある。
1.全体構造
図9に表示装置200の上面模式図を示す。表示装置200は基板202を有し、その上にパターニングされた種々の絶縁膜、半導体膜、導電膜を有する。これらの絶縁膜、半導体膜、導電膜により、複数の画素204や画素204を駆動するための駆動回路(ゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210)が形成される。複数の画素204は周期的に配置され、これらによって表示領域206が定義される。後述するように、各画素204には配線構造140や発光素子262が設けられる。
図9に表示装置200の上面模式図を示す。表示装置200は基板202を有し、その上にパターニングされた種々の絶縁膜、半導体膜、導電膜を有する。これらの絶縁膜、半導体膜、導電膜により、複数の画素204や画素204を駆動するための駆動回路(ゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210)が形成される。複数の画素204は周期的に配置され、これらによって表示領域206が定義される。後述するように、各画素204には配線構造140や発光素子262が設けられる。
ゲート側駆動回路208やソース側駆動回路210は、表示領域206外(周辺領域)に配置される。表示領域206やゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210からはパターニングされた導電膜で形成される種々の配線(図示しない)が基板202の一辺へ延び、配線は基板202の端部付近で露出されて端子212を形成する。これらの端子212はフレキシブル印刷回路基板(FPC)214と電気的に接続される。ここで示した例では、FPC214上に、半導体基板上に形成された集積回路を有する駆動IC216がさらに搭載される。駆動IC216、FPC214、端子212を介して外部回路(図示しない)から映像信号が供給され、ゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210へ与えられる。映像信号に基づく信号が各画素204に与えられ、画素204が制御、駆動される。駆動回路や駆動IC216の態様については図9に示す態様に限られず、例えば駆動IC216は基板202上に実装されてもよく、ソース側駆動回路210の機能が駆動IC216に統合されていても良い。
2.画素構造
画素204の等価回路を図10に示す。ここでは、隣接する三つの画素204の等価回路が示されている。各画素204は、ゲート側駆動回路208から延伸するゲート線222、および駆動ICから端子212を経て延伸する信号線226と電気的に接続される画素回路を有しており、ここで示した例では、画素回路は二つのトランジスタ(スイッチングトランジスタ270、駆動トランジスタ272)と一つの保持容量274、および一つの発光素子262を有している。スイッチングトランジスタ270のゲートはゲート線222と電気的に接続され、一方の端子(ソース)は信号線226に接続される。スイッチングトランジスタ270の他方の端子(ドレイン)は保持容量274の一方の電極と駆動トランジスタ272のゲートに電気的に接続される。電流供給線224は保持容量274の他方の電極と駆動トランジスタ272の一方の端子(ソース)に電気的に接続され、駆動トランジスタ272の他方の端子(ドレイン)は発光素子262の一方の電極(画素電極)と電気的に接続される。
画素204の等価回路を図10に示す。ここでは、隣接する三つの画素204の等価回路が示されている。各画素204は、ゲート側駆動回路208から延伸するゲート線222、および駆動ICから端子212を経て延伸する信号線226と電気的に接続される画素回路を有しており、ここで示した例では、画素回路は二つのトランジスタ(スイッチングトランジスタ270、駆動トランジスタ272)と一つの保持容量274、および一つの発光素子262を有している。スイッチングトランジスタ270のゲートはゲート線222と電気的に接続され、一方の端子(ソース)は信号線226に接続される。スイッチングトランジスタ270の他方の端子(ドレイン)は保持容量274の一方の電極と駆動トランジスタ272のゲートに電気的に接続される。電流供給線224は保持容量274の他方の電極と駆動トランジスタ272の一方の端子(ソース)に電気的に接続され、駆動トランジスタ272の他方の端子(ドレイン)は発光素子262の一方の電極(画素電極)と電気的に接続される。
信号線226から供給される映像信号はスイッチングトランジスタ270を介して駆動トランジスタ272のゲートに与えられ、これによって駆動トランジスタ272のゲートの電位が制御される。保持容量274はこのゲートの電位を保持するために設けられる。駆動トランジスタ272のゲートの電位によって駆動トランジスタ272のオン/オフが決定され、駆動トランジスタ272がオンの時に電流供給線224を介して供給される電流が発光素子262に与えられ、発光を得ることができる。なお、画素回路の構成はこれの構造に限られることはなく、トランジスタや保持容量の数や接続に限定は無い。例えばトランジスタや容量素子をさらに設け、駆動トランジスタ272の閾値の補正を行うよう、画素回路を構成してもよい。
図11に一つの画素204の上面模式図を示す。図11に示すように、各画素204は、主な構成として半導体膜220、232、ゲート線222、ゲート電極230、電流供給線224、信号線226a、ソース電極234、ドレイン電極228、236、接続電極238、画素電極240などを有する。図11には、一つの画素204と隣接する画素の一部が示されており、二つの信号線226のうち左側の信号線226aは図11に示した画素に映像信号を供給する。一方、右側の信号線226bは隣接する画素204に対して映像信号を供給する。なお、見やすさを考慮し、隣接画素204の構造は、信号線226bのみが図示されている。また、ゲート線222と平行に延伸する複数の電流供給線224は、信号線226が延伸する方向に延びる配線(図10参照)によって互いに接続される。以下、鎖線M−M´、N−N´に沿った断面図を用いて画素204の構造を説明する。
鎖線M−M´に沿った断面模式図を図12に示す。図12に示すように、スイッチングトランジスタ270や発光素子262などの各素子は、アンダーコート250を介し、基板202上に設けられる。基板202はガラスや石英、あるいはプラスチックを含むことができる。基板202に可撓性を有する基板を用いることにより、表示装置200に可撓性を付与することができ、いわゆるフレキシブルディスプレイを製造することができる。
アンダーコート250は単層構造を有していてもよく、複数の膜から構成されていてもよい。アンダーコート250はケイ素含有無機化合物を含み、典型的には窒化ケイ素や酸化ケイ素を含む。複数の膜を用いてアンダーコート250を構成する場合、例えば酸化シリコンを含む膜、窒化シリコンを含む膜、および酸化シリコンを含む膜を順次基板202上に形成すればよい。最下層の酸化シリコンを含む膜は基板202との密着性向上のため、中層の窒化シリコンを含む膜は、水などの不純物の外部からの侵入を防ぐブロック膜として、最上層の酸化シリコンを含む膜は、窒化シリコンを含む膜中に含有する水素原子が半導体膜220側に拡散することを防ぐブロック膜としてそれぞれ設けられる。
アンダーコート250上には半導体膜220が設けられ、半導体膜220と重なるようにゲート絶縁膜252を介してゲート線222とゲート電極230が配置される。半導体膜220がゲート線222と重なる領域がスイッチングトランジスタ270のチャネル領域であり、チャネル領域を挟む領域には導電性を付与するための不純物イオンが適宜添加される。換言すると、ゲート線222のうち半導体膜220と重なる部分がスイッチングトランジスタ270のゲートとして機能する。ゲート電極230はゲート線222と同一の層内に存在し、後述する駆動トランジスタ272のゲート230b、および保持容量274の一方の電極230aとしても機能する。アンダーコート250と同様、ゲート絶縁膜252もケイ素含有無機化合物を含み、単層構造、あるいは積層構造を有するように配置される。ゲート線222やゲート電極230は、第1実施形態で述べた第1の配線や第2の配線108で使用可能な金属やその合金を含む。また、これらは単層構造を有してもよく、第1実施形態で述べた積層構造(三層構造など)を有していてもよい。半導体膜220は、配線構造140の第3の配線134として機能し、第3の配線134と同様の構成を有することができる。
ゲート線222とゲート電極230を覆うように第1の層間絶縁膜254が設けられ、その上に電流供給線224、および電流供給線224を覆う第2の層間絶縁膜256が形成される。ゲート絶縁膜252と第1の層間絶縁膜254は総じて配線構造140の第3の絶縁膜112として機能する。一方、電流供給線224は配線構造140の第1の配線102として機能し、後述するように、駆動トランジスタ272を介して発光素子262に電流を供給するように構成される。アンダーコート250と同様、第1の層間絶縁膜254と第2の層間絶縁膜256もケイ素含有無機化合物を含み、単層構造、あるいは積層構造を有するように設けられる。
画素204はさらに、第2の層間絶縁膜256の上に、互いに同一の層内に存在する信号線226aとドレイン電極228を有する。ドレイン電極228はスイッチングトランジスタ270の第2の端子であり、信号線226aはその一部がスイッチングトランジスタ270のソース電極(第1の端子)として機能する。後述するように、この画素204に隣接する画素204の信号線226bは配線構造140の第2の配線108として機能する。
ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256には半導体膜220、あるいはゲート電極230に達する開口242、244、246が設けられる。信号線226aとドレイン電極228はそれぞれ開口242、244を介して半導体膜220と電気的に接続される。一方、ドレイン電極228はさらに開口246を介してゲート電極230と電気的に接続される。半導体膜220、ゲート絶縁膜252、ゲート線222、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256、信号線226a、およびドレイン電極228によってスイッチングトランジスタ270が構成される。
スイッチングトランジスタ270の上には平坦化膜258が設けられる。平坦化膜258はアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリイミドなどの高分子を含む。平坦化膜258上にはさらに画素電極240が設けられ、画素電極240の端部を覆うように隔壁260が形成される。画素電極240によって生じる凹凸は隔壁260によって吸収され、この上に形成される電界発光層(以下、EL層)264や対向電極266の断線を防止することができる。隔壁260も上述した高分子を含んでもよい。
画素電極240と隔壁260を覆うようにEL層264、およびEL層264を覆う対向電極266が設けられる。画素電極240、EL層264、対向電極266によって発光素子262が構成される。
画素電極240は、EL層264にホールを注入するために設けられる電極であり、その表面が比較的高い仕事関数を有することが好ましい。発光素子262からの発光を画素電極240を通して取り出す場合には、画素電極240は可視光を透過するように構成される。この場合、具体的な材料としてはインジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)などの可視光を透過可能な導電性酸化物が用いられる。一方、発光素子262からの発光を対向電極266を通して取り出す場合には、画素電極240は可視光を反射するように構成される。この場合、画素電極240は銀やアルミニウムなどの可視光の反射率が高い金属を含む。あるいは画素電極240は、導電性酸化物を含む膜と反射率が高い金属を含む膜の積層構造を有してもよい。例えば、導電性酸化物を含む第1の導電膜、銀、アルミニウムなどの金属を含む第2の導電膜、導電性酸化物を含む第3の導電膜の積層構造を採用することができる。
EL層264の構造は任意であり、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層、励起子ブロッキング層などの機能層を適宜組み合わせて形成することができる。EL層264の構造はすべての画素204間で同一でもよく、隣接する画素204間で一部の構造が異なってもよい。例えば隣接する画素204間で発光層の構造、あるいは材料が異なり、他の層は同一の構造を有するよう、画素204を構成してもよい。図12では、見やすさを考慮し、代表的な機能層としてホール輸送層264a、発光層264b、電子輸送層264cが示されている。
発光素子262からの発光を画素電極240を通して取り出す場合には、対向電極266は可視光を反射するように構成される。具体的には、アルミニウム、銀、マグネシウムなどの可視光の反射率の高い金属やこれらの合金(例えばマグネシウムと銀の合金)を用いて形成される。一方、発光素子262からの発光を対向電極266を通して取り出す場合には、可視光を透過可能な導電性酸化物を含むように画素電極240が構成される。あるいは、上述した金属や合金を可視光が透過可能な厚さで形成してもよい。この場合、可視光に対して透光性を示す導電性酸化物の膜をさらに形成してもよい。
任意の構成として、対向電極266上にはパッシベーション膜268が配置される。パッシベーション膜268の構造も任意に決定することができ、単層構造、積層構造のいずれを採用してもよい。積層構造を有する場合、例えば図12に示すように、ケイ素含有無機化合物を含む第1の層268a、樹脂を含む第2の層268b、ケイ素含有無機化合物を含む第3の層268cが順次積層した構造を採用することができる。ケイ素含有無機化合物としては窒化ケイ素や酸化ケイ素が挙げられる。樹脂としてはエポキシ樹脂やアクリル樹脂、ポリエステル、ポリカルボナートなどが挙げられる。
ソース電極234とその近傍の拡大上面図を図13(A)に模式的に示す。図13(A)に示すように、一つの画素204のソース電極234や電流供給線224、半導体膜232、およびこの画素204に隣接する画素204の信号線226bなどに対し、配線構造140が適用される。これらはそれぞれ、配線構造140の電極106、第1の配線102、第3の配線134、第2の配線108に対応する。具体的な説明を、図11の鎖線N−N´に沿った断面模式図(図14)を用いてより具体的に説明する。
図14に示すように、画素204にはアンダーコート250を介して基板202上に半導体膜232が設けられる。半導体膜232上にはゲート絶縁膜252が備えられ、その上には半導体膜232と重なるようにゲート電極230が形成される。ゲート電極230の一部は保持容量274の一方の電極230aとして機能し、一部は駆動トランジスタ272のゲート230bとして機能する。半導体膜232のゲート230bと重なる領域にチャネル領域が形成される。このチャネル領域を挟む領域には不純物イオンが適宜ドープされる。電極230a、電極230aと重なるゲート絶縁膜252と半導体膜232の一部によって保持容量274が形成される。
ゲート電極230上には第1の層間絶縁膜254、電流供給線224、および電流供給線224と重なる第2の層間絶縁膜256が順次設けられる。図14に示すように、電流供給線224は三層構造を有することができる。図示していないが、ソース電極234やドレイン電極236も積層された複数の導電膜で構成されてもよい。
第2の層間絶縁膜256上にはドレイン電極236(第2の端子)、ソース電極234(第1の端子)が配置される。ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256には開口249が形成され、この開口249を介してドレイン電極236と半導体膜232が電気的に接続される。また、電流供給線224には開口276が形成される。ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256には、開口276と重なる開口(以下、ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256に設けられる開口を総じて開口248と記す)が設けられる。これらの開口276、248を介してソース電極234が電流供給線224、および半導体膜232と電気的に接続される。半導体膜232、ゲート絶縁膜252、ゲート230b、第1の層間絶縁膜254、第2の層間絶縁膜256、ソース電極234、ドレイン電極236によって駆動トランジスタ272が構成される。平坦化膜258は駆動トランジスタ272を覆うように設けられる。
ここで、ゲート絶縁膜252と第1の層間絶縁膜254は総じて配線構造140の第3の絶縁膜112として機能し、第2の層間絶縁膜256は第1の絶縁膜104として機能する。また、平坦化膜258は第2の絶縁膜110として機能し、開口276と248はそれぞれ開口144、142に相当する。したがって、開口276内において、第2の層間絶縁膜256は第1の層間絶縁膜254と平坦化膜258に接する。
平坦化膜258には、ドレイン電極236に達する開口が設けられ、この開口と平坦化膜258の一部を覆うように接続電極238が形成される。接続電極238はITOやIZOを含むことができる。接続電極238を設けることで、引き続くプロセスにおいてドレイン電極236の表面の腐食を防止し、ドレイン電極236と画素電極240間のコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。画素電極240は平坦化膜258上に設けられ、接続電極238と電気的に接続される。これにより、電流供給線224から供給される電流が駆動トランジスタ272を介して画素電極240に与えられる。
画素電極240より上に設けられる構造は、図12のそれと同様であるので説明は省略する。
上述したように、一つの画素204のゲート絶縁膜252と第1の層間絶縁膜254は総じて配線構造140の第3の絶縁膜112として機能し、電流供給線224は配線構造140の第1の配線102として機能し、第2の層間絶縁膜256、平坦化膜258、およびソース電極234はそれぞれ、配線構造140の第1の絶縁膜104、第2の絶縁膜110、電極106として機能する。また、この画素204に隣接する画素204の信号線206bは配線構造140の第2の配線108として機能する。電流供給線224には開口276が設けられ、これに起因して電流供給線224はソース電極234の一部を囲むバイパス構造を有する(図13(A)参照)。このため、第1実施形態で述べたように、電流供給線224に起因して第2の層間絶縁膜256に段差が生じる。また、三層構造に起因して段差には逆テーパー構造が形成されると、段差を形成する側面256bと、側面256bに接し、電流供給線224と重ならない上面256aの間の境界256cにソース電極234やドレイン電極236を形成する際のエッチング残渣が残留しやすい(図14参照)。この境界256cは、図13(A)の点線で示すように、電流供給線224のバイパス構造に沿って形成される。このため、境界256cは、画素204に隣接する画素の信号線226bとは重なるものの、当該画素204のソース電極234とは重ならない。したがって、一つの画素204のソース電極234と、隣接する画素の信号線226b間のショートを防止することができる。この効果は、表示装置の高精細化に伴って隣接する画素204間の距離が小さくなる場合に特に有効である。例えば図13(A)の鎖線O−O´に沿った断面模式図(図13(B))に示すように、一つの画素204のソース電極234と隣接する画素204の信号線226b間において、これらと同一の層内に存在する配線や電極が設けられず、第2の層間絶縁膜256の上面の全体が平坦化膜258と接する場合、配線構造140を適用することは特に効果的である。したがって、本発明の実施形態の配線構造を適用して表示装置を作製することにより、高精細な表示が可能であり、かつ信頼性の高い表示装置を提供することが可能となる。
3.変形例1
表示装置200には、他の配線構造100、120、130を適用することも可能である。配線構造130(図7(A)から図7(C)参照)を適用した場合の、ソース電極234とその近傍の上面拡大図を図15に、図15の鎖線P−P´に沿った断面模式図を図16に示す。図15に示すように、ソース電極234の全体が電流供給線224の輪郭に重なる。
表示装置200には、他の配線構造100、120、130を適用することも可能である。配線構造130(図7(A)から図7(C)参照)を適用した場合の、ソース電極234とその近傍の上面拡大図を図15に、図15の鎖線P−P´に沿った断面模式図を図16に示す。図15に示すように、ソース電極234の全体が電流供給線224の輪郭に重なる。
図16に示すように、ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、電流供給線224、および第2の層間絶縁膜256にはそれぞれ開口(以下、これらの開口を総じて開口248と記す)が設けられ、この開口248を介してソース電極234が電流供給線224、および半導体膜232と電気的に接続される。ゲート絶縁膜252、第1の層間絶縁膜254、電流供給線224の開口の側壁は、実質的に同一平面上に位置してもよい。また、第2の層間絶縁膜256の開口の側壁は電流供給線224の上面と重なってもよい。
一つの画素204内の半導体膜232、電流供給線224、第2の層間絶縁膜256、ソース電極234、および平坦化膜258はそれぞれ、配線構造130の第3の配線134、第1の配線102、第1の絶縁膜104、電極106、第2の絶縁膜110として機能し、ゲート絶縁膜252と第1の層間絶縁膜254は総じて第3の絶縁膜112に相当する。さらに、この画素204に隣接する画素204の信号線226bは、配線構造130の第2の配線108として機能する。図16に示すように、電流供給線224が第1の導電膜224a、第2の導電膜224b、第3の導電膜224cを含む三層構造を有し、かつ第2の導電膜224bの側面が第1の導電膜224aの上面、あるいは第3の導電膜224cの底面と重なる場合、電流供給線224に起因して第2の層間絶縁膜256には逆テーパー構造を有する段差が生じる。逆テーパー構造が形成されると、境界256cにソース電極234やドレイン電極236を形成する際のエッチング残渣が残留しやすい。
配線構造140を適用した表示装置200と同様、この境界256cは、図15の点線で示すように、電流供給線224の輪郭に沿って形成される。このため、境界256cは、画素204に隣接する画素204の信号線226bとは重なるものの、画素204のソース電極234とは重ならない。したがって、一つの画素204のソース電極234と、隣接する画素204の信号線226b間のショートを防止することができる。その結果、本発明の実施形態の配線構造を適用して表示装置を作製することにより、高精細な表示が可能であり、かつ信頼性の高い表示装置を提供することが可能となる。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
本明細書においては、開示例として主にEL表示装置の場合を例示したが、他の適用例として、その他の自発光型表示装置、液晶表示装置、あるいは電気泳動素子などを有する電子ペーパ型表示装置など、あらゆるフラットパネル型の表示装置が挙げられる。また、中小型から大型まで、特に限定することなく適用が可能である。
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
100:配線構造、102:第1の配線、102a:第1の導電膜、102b:第2の導電膜、102c:第3の導電膜、104:第1の絶縁膜、104a:上面、104b:側面、104c:境界、106:電極、108:第2の配線、110:第2の絶縁膜、112:第3の絶縁膜、120:配線構造、122:開口、130:配線構造、132:開口、134:第3の配線、140:配線構造、142:開口、144:開口、200:表示装置、202:基板、204:画素、206:表示領域、208:ゲート側駆動回路、210:ソース側駆動回路、212:端子、214:フレキシブル印刷回路基板(FPC)、220:半導体膜、222:ゲート線、224:電流供給線、224a:第1の導電膜、224b:第2の導電膜、224c:第3の導電膜、226:信号線、226a:信号線、226b:信号線、228:ドレイン電極、230:ゲート電極、230a:電極、230b:ゲート、232:半導体膜、234:ソース電極、236:ドレイン電極、238:接続電極、240:画素電極、242:開口、244:開口、246:開口、248:開口、249:開口、250:アンダーコート、252:ゲート絶縁膜、254:第1の層間絶縁膜、256:第2の層間絶縁膜、256a:上面、256b:側面、256c:境界、258:平坦化膜、260:隔壁、262:発光素子、264:EL層、264a:ホール輸送層、264b:発光層、264c:電子輸送層、266:対向電極、268:パッシベーション膜、268a:第1の層、268b:第2の層、268c:第3の層、270:スイッチングトランジスタ、272:駆動トランジスタ、274:保持容量、276:開口
Claims (20)
- 第1の配線、
前記第1の配線上の第1の絶縁膜、
前記第1の絶縁膜上に位置し、前記第1の配線と交差する第2の配線、
前記第1の絶縁膜上に位置し、前記第2の配線から離間する電極、および
前記第2の配線と前記電極上の第2の絶縁膜を有し、
前記電極の全体が前記第1の配線と重なり、
前記第1の配線上において、前記第2の配線と前記電極の間では前記第1の絶縁膜の上面の全体が前記第2の絶縁膜と接する配線構造。 - 前記第1の配線は、
第1の導電膜、
前記第1の導電膜上の第2の導電膜、および
前記第2の導電膜上の第3の導電膜を有し、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜は、チタン、モリブデン、タングステン、あるいはタンタルを含み、
前記第2の導電膜は、アルミニウム、あるいは銅を含む、請求項1に記載の配線構造。 - 前記第2の導電膜の側面は、前記第1の導電膜の上面、および前記第3の導電膜の底面の少なくとも一方と重なる、請求項2に記載の配線構造。
- 前記第1の絶縁膜は、前記第1の配線に起因する段差を有し、
前記第1の絶縁膜の前記上面のうち前記第1の配線と重ならない面と、前記段差における前記第1の絶縁膜の側面との角度は、0°以上90°以下である、請求項1に記載の配線構造。 - 前記第1の絶縁膜は、前記第1の配線と重なる開口を有し、
前記電極は前記開口を介して前記第1の配線と電気的に接続される、請求項1に記載の配線構造。 - 前記第1の配線の下の第3の配線と、
前記第1の配線と前記第3の配線の間の第3の絶縁膜をさらに有し、
前記第1の配線、前記第1の絶縁膜、前記第3の絶縁膜はそれぞれ開口を有し、
前記電極は、前記第1の配線、前記第1の絶縁膜、前記第3の絶縁膜の前記開口を介して前記第1の配線と前記第3の配線と電気的に接続される、請求項1に記載の配線構造。 - 前記第1の絶縁膜と前記第3の絶縁膜は、前記第1の配線の前記開口内で互いに接する、請求項6に記載の配線構造。
- 前記第3の配線はシリコンを含む、請求項6に記載の配線構造。
- 半導体膜、前記半導体膜上のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上のゲート、前記ゲート上の第1の層間絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜上の第2の層間絶縁膜、および、前記第2の層間絶縁膜上の第1の端子と第2の端子を備えるトランジスタ、
前記トランジスタ上の平坦化膜、
前記平坦化膜上に位置し、前記第2の端子と電気的に接続される表示素子、ならびに
前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜の間に挟まれ、前記第1の端子と電気的に接続される第1の配線を有し、
前記第1の配線は開口を有し、前記開口を介して前記第2の層間絶縁膜が前記平坦化膜と前記第1の層間絶縁膜に接する表示装置。 - 前記ゲート絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜、および前記第2の層間絶縁膜はそれぞれ、前記開口と重なる開口を有し、
前記第1の配線、前記ゲート絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜、および前記第2の層間絶縁膜の前記開口を介し、前記第1の端子は前記半導体膜と電気的に接続される、請求項9に記載の表示装置。 - 前記第1の配線は、
第1の導電膜、
前記第1の導電膜上の第2の導電膜、および
前記第2の導電膜上の第3の導電膜を有し、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜は、チタン、モリブデン、タングステン、あるいはタンタルを含み、
前記第2の導電膜は、アルミニウム、あるいは銅を含む、請求項9に記載の表示装置。 - 前記第2の導電膜の側面は、前記第1の導電膜の上面、および前記第3の導電膜の底面の少なくとも一方と重なる、請求項11に記載の表示装置。
- 前記第2の層間絶縁膜は、前記第1の配線に起因する段差を有し、
前記第2の層間絶縁膜の上面のうち前記第1の配線と重ならない面と、前記段差における前記第2の層間絶縁膜の側面との角度は、0°以上90°以下である、請求項9に記載の表示装置。 - 前記表示素子は電界発光素子であり、
前記第1の配線は、前記表示素子に電流を供給するように構成される、請求項9に記載の表示装置。 - 半導体膜、前記半導体膜上のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上のゲート、前記ゲート上の第1の層間絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜上の第2の層間絶縁膜、および、前記第2の層間絶縁膜上の第1の端子と第2の端子を備えるトランジスタ、
前記第2の端子と電気的に接続される表示素子、ならびに
前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜の間に挟まれ、前記第1の端子と電気的に接続される第1の配線を有し、
前記第1の端子の全体が前記第1の配線の輪郭に囲まれる表示装置。 - 前記第1の配線、前記ゲート絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜、前記第2の層間絶縁膜はそれぞれ開口を有し、前記開口を介し、前記第1の端子が前記半導体膜と電気的に接続される、請求項15に記載の表示装置。
- 前記第1の配線は、
第1の導電膜、
前記第1の導電膜上の第2の導電膜、および
前記第2の導電膜上の第3の導電膜を有し、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜は、チタン、モリブデン、タングステン、あるいはタンタルを含み、
前記第2の導電膜は、アルミニウム、あるいは銅を含む、請求項15に記載の表示装置。 - 前記第2の導電膜の側面は、前記第1の導電膜の上面、および前記第3の導電膜の底面の少なくとも一方と重なる、請求項17に記載の表示装置。
- 前記第2の層間絶縁膜は、前記第1の配線に起因する段差を有し、
前記第2の層間絶縁膜の上面のうち前記第1の配線と重ならない面と、前記段差における前記第2の層間絶縁膜の側面との角度は、0°以上90°以下である、請求項15に記載の表示装置。 - 前記表示素子は電界発光素子であり、
前記第1の配線は、前記表示素子に電流を供給するように構成される、請求項15に記載の表示装置。
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