JP3752846B2

JP3752846B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3752846B2
Application number: JP17383798A
Authority: JP
Inventors: 裕満石井
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2018-06-08
Also published as: JPH11352511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置等の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、アクティブマトリクス型の液晶表示装置について説明する。図８は従来のこのような液晶表示装置の一例の一部の断面図を示したものである。この液晶表示装置はガラス基板１を備えている。ガラス基板１の上面の所定の箇所にはＡｌからなるゲート電極２を含む走査線３が形成され、その上面全体にはゲート絶縁膜４が形成されている。ゲート絶縁膜４の上面の所定の箇所でゲート電極２に対応する部分には真性アモルファスシリコンからなる半導体層５が形成されている。半導体層５の上面中央部にはブロッキング層６が形成されている。ブロッキング層６の上面両側及びその両側における半導体層５の上面にはｎ⁺シリコン層７、８が形成されている。ｎ⁺シリコン層７、８の上面にはＣｒからなるドレイン電極９及びソース電極１０が形成されている。ドレイン電極９の上面及びゲート絶縁膜４の上面の所定の箇所にはＡｌからなる信号線１１が形成されている。信号線１１と走査線３とは互いに直交して配置されている。信号線１１等を含むゲート絶縁膜４の上面全体には層間絶縁膜１２が形成されている。層間絶縁膜１２の上面の所定の箇所にはＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる画素電極１３が層間絶縁膜１２の所定の箇所に形成されたコンタクトホール１４を介してソース電極１０の上面に接続されて形成されている。なお、ゲート電極２、半導体層５、ドレイン電極９、ソース電極１０等により、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが構成されている。
【０００３】
このように、従来の液晶表示装置では、特に信号線１１を層間絶縁膜１２で被い、その上に画素電極１３を形成しているので、信号線１１と画素電極１３との間に加工不良による突起等が存在しても、信号線１１と画素電極１３との間でショートが発生しないようにすることができる。そして、このような液晶表示装置では、画素電極１３が最上層に位置することから、トップ画素電極構造（トップＩＴＯ構造）と呼ばれている。このトップ画素電極構造では、配向膜の形成等もあるが、一応、画素電極１３の形成が最後となる。画素電極１３の形成はウェットエッチングにより行われ、エッチング液として塩化第二鉄や塩酸・硝酸系の液が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこのような液晶表示装置では、図示していないが、走査線３及び信号線１１に接続された各接続パッドを露出させる必要がある。しかしながら、接続パッドが走査線３及び信号線１１と同一の金属材料つまりＡｌによって形成されているので、接続パッドを露出させた状態で画素電極１３の形成を行うと、露出された接続パッドがＩＴＯのエッチング液と反応して容易に溶解してしまう。また、Ａｌ層及びＩＴＯ層とＩＴＯのエッチング液とが接触共存すると、発生する酸化還元電位差によって生成する電流により、Ａｌ層が酸化されるとともにＩＴＯ層が還元され（Ａｌ−ＩＴＯ電池反応）、両者が共に激しく腐食されてしまうことになる。
【０００５】
一方、画素電極１３を形成する際に、層間絶縁膜１２の所定の箇所に形成された接続パッド露出用の開口部の部分にＩＴＯ層を島状に残し、この島状のＩＴＯ層を実質的な接続パッドとすることが考えられる。すなわち、接続パッド露出用の開口部内に露出されているＡｌ層上にＩＴＯ層を島状に形成することが考えられる。しかしながら、この場合、Ａｌ層は酸化されやすい金属であるので、その表面にすぐに自然酸化膜が形成され、このためＡｌ層とＩＴＯ層との間のコンタクト抵抗が非常に高くなり、好ましくない。
【０００６】
【発明の技術的背景】
そこで、例えば信号線１１及びその接続パッドを、Ａｌ層上にＣｒ等のＩＴＯよりも酸化還元電位の高い金属材料を積層して形成し、層間絶縁膜１２の所定の箇所に形成された接続パッド露出用の開口部を介して露出された金属層例えばＣｒ層上にＩＴＯ層を島状に形成し、Ｃｒ層とＩＴＯ層との間のコンタクトを良好とすることも考えられる。この場合の信号線１１の形成方法について説明する。まず、図９（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜４の上面にＡｌ層１１ａを成膜し、続いてその上面にＣｒ層１１ｂを成膜する。次に、Ｃｒ層１１ｂの上面の所定の箇所にフォトレジスト１５をパターン形成する。次に、Ｃｒ層１１ｂをウェットエッチングし、続いてＡｌ層１１ａをウェットエッチングすると、図９（Ｂ）に示すようになる。この場合、Ａｌ層１１ａがサイドエッチングされることにより、Ａｌ層１１ａの上面の両サイドにＣｒ層１１ｂのひさし１６が形成される。そして、この状態において、層間絶縁膜１２を膜厚２０００Å程度に成膜すると、図９（Ｃ）に示すように、Ａｌ層１１ａ及びＣｒ層１１ｂからなる信号線１１を層間絶縁膜１２で完全に被うことができず、信頼性が低下することになる。したがって、層間絶縁膜１２を成膜する前に、Ｃｒ層１１ｂのひさし１６を除去する必要があり、その処理のために生産性が大幅に低下することになる。
この発明の課題は、走査線及び信号線をＡｌまたはＡｌ合金によって形成しても、その各一端部に画素電極と同一の材料の接続パッドを形成して接続の信頼性及び生産効率を向上することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上面に少なくとも、互いに直交して配置された走査線及び信号線と、前記走査線及び前記信号線に薄膜トランジスタを介して接続された画素電極と、前記走査線に接続された第１の接続パッドと、前記信号線に接続された第２の接続パッドとが設けられた基板を備えた表示装置において、前記薄膜トランジスタのゲート電極を含む前記走査線を覆うゲート絶縁膜にコンタクトホールを設け、前記ゲート絶縁膜上における前記第１及び第２の接続パッドの各近傍に前記画素電極の材料である透明金属酸化物よりも酸化還元電位の高い金属材料からなる第１及び第２の金属層を形成し、前記第１の金属層にＡｌ系金属からなる第２の走査線を前記ゲート絶縁膜の前記コンタクトホールを介して前記走査線に接続するとともに、前記第２の金属層にＡｌ系金属からなる前記信号線を接続し、前記第１及び第２の金属層上に前記画素電極と同一の材料からなる前記第１及び第２の接続パッドを接続したものである。この発明によれば、Ａｌ系金属からなる走査線及び信号線と画素電極と同一の材料からなる第１及び第２の接続パッドとを画素電極の材料よりも酸化還元電位の高い金属材料からなる第１及び第２の金属層を介して接続しているので、第１及び第２の金属層が還元側、画素電極が酸化側となり、画素電極のエッチング液による腐食を防止することができるし、また、接続パッド下にＡｌ系金属層と第１または第２の金属層が積層される構造ではないので、Ａｌ系金属層上で第１または第２の金属層がひさしを形成することもなく、走査線及び信号線をＡｌ系金属によって形成したものでありながら、走査線及び信号線の各一端部に画素電極と同一の材料の接続パッドを形成して接続の信頼性及び生産効率を向上することができる。特に、薄膜トランジスタのゲート電極を含む走査線を覆うゲート絶縁膜にコンタクトホールを設け、前記ゲート絶縁膜上における前記第１及び第２の接続パッドの各近傍に第１及び第２の金属層を形成し、Ａｌ系金属からなる第２の走査線を前記ゲート絶縁膜の前記コンタクトホールを介して前記走査線に接続するとともに、前記第２の金属層にＡｌ系金属からなる前記信号線を接続しているので、第１及び第２の金属層をゲート絶縁膜上に同時に形成することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における液晶表示装置の要部の断面図を示したものである。この液晶表示装置はガラス基板２１を備えている。ガラス基板２１の上面の所定の箇所にはＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ系金属という。）からなるゲート電極２２を含む第１の走査線２３が形成され、その上面全体にはゲート絶縁膜２４が形成されている。第１の走査線２３上におけるゲート絶縁膜２４の上面にはＡｌ系金属からなる第２の走査線２５がゲート絶縁膜２４に形成されたコンタクトホール２６を介して第１の走査線２３に接続されて形成されている。すなわち、走査線は第１及び第２の走査線２３、２５の２層構造となっている。ゲート絶縁膜２４の上面の所定の箇所でゲート電極２２に対応する部分には真性のアモルファスシリコンまたはポリシリコンからなる半導体層２７が形成されている。半導体層２７の上面中央部にはブロッキング層２８が形成されている。ブロッキング層２８の上面両側及びその両側における半導体層２７の上面にはｎ⁺シリコン層２９、３０が形成されている。ｎ⁺シリコン層２９、３０の上面にはＣｒからなるドレイン電極３１及びソース電極３２が形成されている。
【０００９】
ドレイン電極３１の上面及びゲート絶縁膜２４の上面の所定の箇所には信号線３３が設けられている。この信号線３３は、ドレイン電極３１の上面においてはＡｌ系金属層３７の１層構造となっているが、その他の箇所においては、下から順に、真性の半導体層３４、ｎ⁺シリコン層３５、Ｃｒ層３６及びＡｌ系金属層３７の４層構造となっている。この場合、真性の半導体層３４は半導体層２７の形成と同時に形成されているとともに、一方のｎ⁺シリコン層２９下の半導体層２７に接続されている。ｎ⁺シリコン層３５はｎ⁺シリコン層２９、３０の形成と同時に形成されているとともに、一方のｎ⁺シリコン層２９に接続されている。Ｃｒ層３６はドレイン電極３１及びソース電極３２の形成と同時に形成されているとともに、ドレイン電極３１に接続されている。なお、信号線３３と第１及び第２の走査線２３、２５とは互いに直交して配置されている。そして、信号線３３及び第２の走査線２５等を含むゲート絶縁膜２４の上面全体には層間絶縁膜３８が形成されている。層間絶縁膜３８の上面の所定の箇所にはＩＴＯ（透明金属酸化物）からなる画素電極３９が層間絶縁膜３８の所定の箇所に形成されたコンタクトホール４０を介してソース電極３２の上面に接続されて形成されている。なお、ゲート電極２２、半導体層２７、ドレイン電極３１、ソース電極３２等により、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが構成されている。
【００１０】
次に、図２（Ａ）、（Ｂ）は第１及び第２の走査線２３、２５に接続された接続パッド４６の部分を示したものである。ゲート絶縁膜２４の上面の所定の箇所には方形状の中間接続層４１が設けられている。この中間接続層４１は、下から順に、真性の半導体層４２、ｎ⁺シリコン層４３及びＣｒ層４４の３層構造となっている。この場合、真性の半導体層４２は半導体層２７の形成と同時に形成されている。ｎ⁺シリコン層４３はｎ⁺シリコン層２９、３０の形成と同時に形成されている。Ｃｒ層４４はドレイン電極３１及びソース電極３２の形成と同時に形成されている。そして、Ｃｒ層４４の上面の図２（Ａ）、（Ｂ）における左側には第２の走査線２５の方形状の一端部２５ａが接続されている。Ｃｒ層４４の図２（Ａ）、（Ｂ）における右側に対応する部分における層間絶縁膜３８の所定の箇所には方形状の開口部４５が形成されている。そして、開口部４５を介して露出されたＣｒ層４４の上面及びその周囲の層間絶縁膜３８の上面にはＩＴＯからなる方形状の接続パッド４６が形成されている。この接続パッド４６は画素電極３９の形成と同時に形成されている。
【００１１】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）は信号線３３に接続された接続パッド５６の部分を示したものである。ゲート絶縁膜２４の上面の所定の箇所には方形状の中間接続層５１が設けられている。この中間接続層５１は、下から順に、真性の半導体層５２、ｎ⁺シリコン層５３及びＣｒ層５４の３層構造となっている。この場合、真性の半導体層５２は半導体層２７の形成と同時に形成されているとともに、信号線３３の真性の半導体層３４の一端部に接続されている。ｎ⁺シリコン層５３はｎ⁺シリコン層２９、３０の形成と同時に形成されているとともに、信号線３３のｎ⁺シリコン層３５の一端部に接続されている。Ｃｒ層５４はドレイン電極３１及びソース電極３２の形成と同時に形成されているとともに、信号線３３のＣｒ層３６の一端部に接続されている。そして、Ｃｒ層５４の上面の図３（Ａ）、（Ｂ）における左側には信号線３３のＡｌ系金属層３７の方形状の一端部３７ａが接続されている。Ｃｒ層５４の図３（Ａ）、（Ｂ）における右側に対応する部分における層間絶縁膜３８の所定の箇所には方形状の開口部５５が形成されている。そして、開口部５５を介して露出されたＣｒ層５４の上面及びその周囲の層間絶縁膜３８の上面にはＩＴＯからなる方形状の接続パッド５６が形成されている。この接続パッド５６は画素電極３９の形成と同時に形成されている。
【００１２】
このように、この液晶表示装置では、第１及び第２の走査線２３、２５とその接続パッド４６とを中間接続層４１の最上層のＣｒ層（金属層）４４を介して接続し、また信号線３３とその接続パッド５６とを中間接続層５１の最上層のＣｒ層（金属層）５４を介して接続している。そして、この場合、中間接続層４１、５１の最上層をＩＴＯよりも酸化還元電位の高いＣｒ層４４、５４とし、このＣｒ層４４、５４上にＩＴＯからなる接続パッド４６、５６を設けているので、第１及び第２の走査線２３、２５をＡｌ系金属によって形成し、また信号線３３の最上層をＡｌ系金属層３７としても、中間接続層４１、５１と接続パッド４６、５６との間のコンタクトを良好とすることができる。また、第１及び第２の走査線２３、２５をＡｌ系金属によって形成し、また信号線３３の最上層をＡｌ系金属層３７としているので、これらを形成するときに、上述のようなひさしが形成されることがなく、したがってひさし除去処理を行う必要がなく、生産性が低下しないようにすることができる。さらに、信号線３３を真性の半導体層３４、ｎ⁺シリコン層３５、Ｃｒ層３６及びＡｌ系金属層３７の４層構造としているので、信号線３３が断線しにくいようにすることができる。また、走査線を第１及び第２の走査線２３、２５の２層構造としているので、走査線が断線しにくいようにすることができる。
【００１３】
ところで、ドレイン電極３１及びソース電極３２の膜厚を例えば２５０Å程度と比較的薄くすると、中間接続層４１、４２のＣｒ層４４、５４の膜厚も２５０Å程度と比較的薄くなってしまう。このため、接続パッド４６、５６を設けずに、中間接続層４１、４２のＣｒ層４４、５４を実質的な接続パッドとした場合、これらの接続パッドにＬＳＩ等の半導体チップを直接ボンディングするとすると、その間のコンタクト抵抗が高くなり、好ましくない。これに対し、画素電極１３の膜厚を例えば５００Å程度と比較的厚くすると、接続パッド４６、５６の膜厚も５００Å程度と比較的厚くなり、これらの接続パッド４６、５６にＬＳＩ等の半導体チップを直接ボンディングするとしても、その間のコンタクト抵抗を低くすることができる。
【００１４】
なお、上記実施形態では、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、開口部５５を介して露出されたＣｒ層５４の上面及びその周囲の層間絶縁膜３８の上面にＩＴＯからなる方形状の接続パッド５６を形成しており、つまりＣｒ層５４の上面を接続パッド５６で完全に被った場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、開口部５５の部分に接続パッド５６をＣｒ層５４の一部が露出するように形成してもよい。次に、このようにした場合の効果について説明する。
【００１５】
まず、図５に示すように、ＩＴＯ層のエッチング時におけるＡｌ、Ｃｒ及びＩＴＯの酸化還元電位はＡｌ、ＩＴＯ、Ｃｒの順で高くなっている。この結果、Ａｌ、Ｃｒ及びＩＴＯの電池反応発生時における相互の酸化、還元の関係は図６に示すようになる。すなわち、ＡｌとＣｒとの間では、Ａｌが酸化され、Ｃｒが還元されることになる。ＡｌとＩＴＯとの間では、Ａｌが酸化され、ＩＴＯが還元されることになる。ＩＴＯとＣｒとの間では、ＩＴＯが酸化され、Ｃｒが還元されることになる。
【００１６】
ところで、図１〜図３に示す場合には、画素電極３９及び接続パッド４６、５６を形成するためのＩＴＯ層をエッチングするとき、Ａｌ系金属からなる走査線２５及び信号線３３のＡｌ系金属層３７は層間絶縁膜３８によって覆われているが、実際にはガラス基板２１の端面等においてＡｌ系金属層が露出していることが多い。このＡｌ系金属層の露出部分がＩＴＯのエッチング液と反応して溶解すること自体は別に問題はないが、この露出しているＡｌ系金属層が接続パッド４６、５６と中間接続層４１、５１のＣｒ層４５、５５を介して電気的に接続されていると、例えば図７（Ａ）において矢印で示すように、ＩＴＯ層側からＡｌ層側に電流が流れ（この場合、Ｃｒ層は単なる導体としてのみ作用する。）、ＩＴＯ層つまり接続パッド４６、５６が還元されて溶解することになる。
【００１７】
これに対し、図４に示す場合には、Ｃｒ層５５の一部が露出されているので、例えば図７（Ｂ）に示すように、電池反応はＡｌ層−Ｃｒ層間及びＣｒ層−ＩＴＯ層間で生じ、同図において矢印で示すように、Ｃｒ層側からＡｌ層側に電流が流れるとともに、Ｃｒ層側からＩＴＯ層側に電流が流れる。この結果、Ａｌ層−Ｃｒ層間では、Ａｌ層が酸化されて溶解する。Ｃｒ層−ＩＴＯ層間では、ＩＴＯ層が酸化されるが、ＩＴＯ層（図４の接続パッド４６）はもともと酸化物であるので酸化状態に置かれても事実上変化しない。なお、いずれの場合も、Ｃｒ層（図４のＣｒ層５４）は還元されるが事実上変化しない。したがって、この場合には、図７（Ｂ）におけるＡｌ層の露出部分のみが酸化されて溶解することになるが、この溶解する部分はガラス基板２１の端面等であるので、別に問題はない。なお、図示していないが、図２（Ａ）、（Ｂ）におけるＣｒ層４４の一部を露出させるようにしてもよいことはもちろんである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、Ａｌ系金属からなる走査線及び信号線と画素電極と同一の材料からなる第１及び第２の接続パッドとを画素電極の材料よりも酸化還元電位の高い金属材料からなる第１及び第２の金属層を介して接続しているので、画素電極のエッチング液による腐食を防止することができ、走査線及び信号線の各一端部に画素電極と同一の材料の接続パッドを形成して接続の信頼性及び生産効率を向上することができる。特に、薄膜トランジスタのゲート電極を含む走査線を覆うゲート絶縁膜にコンタクトホールを設け、前記ゲート絶縁膜上における前記第１及び第２の接続パッドの各近傍に第１及び第２の金属層を形成し、Ａｌ系金属からなる第２の走査線を前記ゲート絶縁膜の前記コンタクトホールを介して前記走査線に接続するとともに、前記第２の金属層にＡｌ系金属からなる前記信号線を接続しているので、第１及び第２の金属層をゲート絶縁膜上に同時に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における液晶表示装置の要部の断面図。
【図２】（Ａ）は走査線の接続パッドの部分の平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図３】（Ａ）は信号線の接続パッドの部分の平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図４】この発明の他の実施形態における液晶表示装置の要部の平面図。
【図５】ＩＴＯ層のエッチング時におけるＡｌ、Ｃｒ及びＩＴＯの酸化還元電位を示す図。
【図６】Ａｌ、Ｃｒ及びＩＴＯの電池反応発生時における相互の酸化、還元の関係を示す図。
【図７】（Ａ）はＡｌ層及びＩＴＯ層が露出している場合の電池反応を説明するために示す断面図、（Ｂ）はＡｌ層、Ｃｒ層及びＩＴＯ層が露出している場合の電池反応を説明するために示す断面図。
【図８】従来の液晶表示装置の一例の一部の断面図。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は信号線をＡｌ層及びＣｒ層の２層構造とした場合の不都合を説明するために示す断面図。
【符号の説明】
２１ガラス基板
２３、２５走査線
３３信号線
３８層間絶縁膜
３９画素電極
４１中間接続層
４６接続パッド
５１中間接続層
５６接続パッド

Claims

上面に少なくとも、互いに直交して配置された走査線及び信号線と、前記走査線及び前記信号線に薄膜トランジスタを介して接続された画素電極と、前記走査線に接続された第１の接続パッドと、前記信号線に接続された第２の接続パッドとが設けられた基板を備えた表示装置において、前記薄膜トランジスタのゲート電極を含む前記走査線を覆うゲート絶縁膜にコンタクトホールを設け、前記ゲート絶縁膜上における前記第１及び第２の接続パッドの各近傍に前記画素電極の材料である透明金属酸化物よりも酸化還元電位の高い金属材料からなる第１及び第２の金属層を形成し、前記第１の金属層にＡｌ系金属からなる第２の走査線を前記ゲート絶縁膜の前記コンタクトホールを介して前記走査線に接続するとともに、前記第２の金属層にＡｌ系金属からなる前記信号線を接続し、前記第１及び第２の金属層上に前記画素電極と同一の材料からなる前記第１及び第２の接続パッドを接続したことを特徴とする表示装置。
請求項１記載の発明において、前記走査線、前記信号線、前記第１及び第２の金属層上に絶縁膜が設けられ、前記第１及び第２の金属層上の他の各所定の箇所に対応する部分における前記絶縁膜に開口部が設けられ、各開口部の部分に前記第１及び第２の接続パッドが前記第１及び第２の金属層の各一部が露出するように設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項１または２記載の発明において、前記信号線を、前記基板側から少なくとも、前記第１及び第２の金属層と同一の材料からなる金属層及びＡｌ系金属層の２層構造としたことを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１及び第２の接続パッドはＩＴＯからなり、前記第１及び第２の金属層はＣｒからなることを特徴とする表示装置。
請求項４記載の発明において、前記信号線を、前記基板側から、真性シリコン層、ｎ⁺シリコン層、Ｃｒ層及びＡｌ系金属層の４層構造と、前記第１及び第２の金属層下に前記基板側から真性シリコン層及びｎ⁺シリコン層が設けられていることを特徴とする表示装置。