JP4836357B2 - 液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素毎に設けられたアクティブ素子を用いて液晶を駆動する液晶表示装置及びそれを備えた画像表示応用装置、さらに前記液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外光を反射させることにより表示を行う反射型の液晶表示装置（以下、反射型ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）と称する。）においては、入射した外光をできるだけ効率よく反射させるように反射率を高める必要がある。
【０００３】
反射型ＬＣＤに設けられた反射板の反射率を高める従来方法としては、例えば、それまでは液晶表示セルの外側に設けられていた反射板を液晶表示セルの内部に設け、さらに反射板の構成材料として、反射率が高く、且つ電気抵抗値の低いアルミニウム（Ａｌ）を用いることにより、反射板としての機能と画素電極としての機能とを兼ね備えた反射電極を形成する技術が、特開平８−１０１３８４号公報に開示されている。
【０００４】
また、このような反射電極としては、例えば、銀（Ａｇ）を主成分とする合金を用いた一層構造のものが特開平８−４３８３９号公報に開示され、Ａｌ又はＡｇを主成分とする合金とＩＴＯ（Indium Tin Oxide）との積層構造のものが特開平１０−２３９７０４号公報に開示されている。
【０００５】
図３に、従来の反射型ＬＣＤの構成例を示す断面図が示されている。この反射型ＬＣＤは、反射電極１０が配置されたアレイ基板１と、アレイ基板１に対向配置された対向基板２と、これら両基板１，２に挟持された液晶層３とからなる液晶表示セルに、一枚の偏光板４が設けられて構成されている。
【０００６】
アレイ基板１には、ゲート電極５、ソース電極６、及びドレイン電極７等により構成される薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と記す。）８がアクティブ素子として画素毎に配置されており、層間絶縁膜９上に反射電極１０が配置されている。層間絶縁膜９の表面は凹凸が規則的に配置された凹凸形状となっている。この層間絶縁膜９の上層に配置される反射電極１０には層間絶縁膜９の凹凸形状が反映されるため、同様にその表面が凹凸形状となっている。層間絶縁膜９にはドレイン電極７の部分にコンタクトホール１１が設けられており、このコンタクトホール１１を介して反射電極１０がドレイン電極７に電気的に接続されている。反射電極１０にはＴＦＴ８のスイッチング動作により電圧が印加される。反射電極１０は画素電極として液晶層３に電圧を印加する作用を行う。なお、図３において、１２はガラス基板、１３はゲート絶縁膜、１４はカラーフィルタ、１５は透明電極を示している。
【０００７】
前記反射型ＬＣＤは、配置する偏光板を一枚にした一枚偏光板方式と、表面が凹凸形状の反射電極を液晶表示セル内に設ける方式とを併用した構成であり、反射電極に散乱性を付与して拡散反射率を高めることで視認性の向上を図ったものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような構成の反射型ＬＣＤにおいては反射電極の材料として高反射率が特徴であるＡｌが用いられている。しかしながら、反射電極としてＡｌを単層で用いた場合、反射電極とドレイン電極や共通容量電極とのコンタクト抵抗が高くなるという問題がある。
【０００９】
以下、この問題点について、図４を用いて詳細に説明する。図４において、（ａ）はアレイ基板１における一画素当たりの構成が示された平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図を示している。
【００１０】
図４（ａ）（ｂ）において、５はゲート配線、１６はソース配線、１７は共通容量配線、１８はゲート配線５とソース配線１６との交差部に発生するショートを防止するための絶縁膜、１９はＴＦＴ８のチャネル層、２０はチャネル層１９とソース電極６及びドレイン電極７とをオーミックコンタクトさせるコンタクト層、２１は共通容量電極、２２は共通容量電極２１と反射電極１０とを電気的に接続させるためのコンタクトホール、２３はトランジスタ保護のための絶縁膜を示している。なお、図３で示した構成と同じ構成には同じ参照番号を付記している。また、ゲート配線はゲート電極と一体的に形成されているので、図４においてはゲート配線に対してゲート電極と同じ参照番号を付記している。
【００１１】
次に、このアレイ基板１におけるアレイ構造の製造方法について、図５を用いて説明する。
【００１２】
第１の工程が図５（ａ）に示されている。この工程においては、まずガラス基板１２上にゲート電極（ゲート配線）５を形成し、さらにゲート絶縁膜１３が形成される。次に、ゲート電極５の上部にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）及び窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を積層し、チャネル層１９を形成する。さらに、コンタクト層２０を形成した後、ソース電極６及びドレイン電極７を形成してＴＦＴ８を作製する。さらに、ＴＦＴ８を保護する絶縁膜２３を形成する。
【００１３】
第２の工程が図５（ｂ）に示されている。この工程においては、形成した層間絶縁膜９の表面にフォトリソグラフィ工程によって凹凸を形成し、その後、ドライエッチングにより層間絶縁膜９のドレイン電極７部分にコンタクトホール１１を形成する。また、このとき同時に共通容量電極部分のコンタクトホール２２も形成する。
【００１４】
第３の工程が図５（ｃ）に示されている。表面に凹凸形状、及びコンタクトホール１１，２２が形成された層間絶縁膜９上に、Ａｌ層を積層し、このＡｌ層を所定の形状にパターニングして、さらにエッチングを行うことにより反射電極１０を形成する。
【００１５】
このようなアレイ構造においては、コンタクトホール１１，２２を介してコンタクトがとられている反射電極１０と共通容量電極２１及びドレイン電極７との間のコンタクト抵抗が高くなってしまうという問題があった。この問題は、反射電極１０の材料であるＡｌが様々な雰囲気下において非常に影響を受けやすい材料であり、このＡｌが、チャネル部のエッチングの際に生成されてドレイン電極７や共通容量電極２１と接触する界面に存在するフッ素系の生成物とフッ素系化合物を作って不導体化するために生じる。フッ素系の生成物とは、チャネル部のエッチングにおいて、フッ素系のガス（例えば、ＳＦ₆，ＣＨＦ₃）を用いた場合に生じるフッ素系ポリマーである。このフッ素系ポリマーを除去する工程を設けていても完全に除去することは困難であるため、残存するフッ素系ポリマーによってこのような問題が生じる。また、コンタクト抵抗に影響を及ぼす他の要因として、Ａｌの酸化も考えられる。層間絶縁膜を形成する際、コンタクト部に残る残さを除去するために酸素にてアッシング処理を行うが、この処理の際に用いられる酸素によってＡｌが酸化し、不導体化するためである。
【００１６】
本発明はこれらの問題を解決するために、反射電極とドレイン電極及び共通容量電極とのコンタクト抵抗が低く、且つ反射率の高い反射型の液晶表示装置およびその製造方法を提供し、さらにその液晶表示装置を備えた画像表示応用装置も提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、配線層に配置されたアクティブ素子と、前記配線層上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に配置され、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記アクティブ素子と電気的に接続された反射電極とを有するアレイ基板を備えた反射型又は半透過型の液晶表示装置において、前記反射電極が複数の層からなり、前記複数の層のうち最上層に配置された最上層反射電極はアルミニウムからなり、最下層に配置された最下層反射電極はアルミニウムを主成分とする合金からなることを特徴とする。
【００１９】
ここで、最上層とは外光が入射する側に配置された層であり、最下層とは層間絶縁膜上に配置された層である。すなわち、コンタクトホールを介してアクティブ素子と電気的に接続されるのは最下層反射電極である。前記本発明の液晶表示装置の構成によれば、アクティブ素子との接続に用いられる最下層反射電極が、酸素等に影響を与えられにくい、活性しにくい材料である、アルミニウムを主成分とする合金、モリブデンを主成分とする合金、又はチタンからなる。従って、反射電極がアクティブ素子のドレイン電極と接続する場合、反射電極とドレイン電極とのコンタクト部において、反射電極が酸化等により不導体化することがないため、コンタクト抵抗を低下させることができる。また、反射電極が例えば共通容量電極とコンタクトホールを介して電気的に接続される場合であっても、同様にコンタクト抵抗を低下させることが可能となる。さらに、外光を反射させる最上層反射電極は従来と同様に高反射率のアルミニウムからなるので、反射率を従来と同程度に維持することもできる。
【００２０】
これにより、反射電極とアクティブ素子（例えばドレイン電極）や共通容量電極とのコンタクト抵抗を低下させ、且つ反射率の高い反射型又は半透過型の液晶表示装置を提供することができる。
【００２５】
これにより、製造工程数の削減やコストダウンが可能となる。また、最下層反射電極がアルミニウムを主成分とする合金からなる場合、アクティブ素子に設けられ前記反射電極との接続に用いられる電極は、チタン又はタンタルからなることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記アルミニウムを主成分とする合金は、副成分としてタンタル、ジルコニウム、チタン、及びネオジウムのうち少なくとも一つの組成物を含有しており、各組成物の含有率はタンタルが０．５〜５質量％、ジルコニウムが０．５〜２０質量％、チタンが０．５〜１０質量％、ネオジウムが０．５〜３０質量％であることが好ましい。
【００２７】
これらの構成によれば、反射電極とアクティブ素子の電極（例えばドレイン電極）との低いコンタクト抵抗を安定して得ることができる。
【００２８】
また、前記反射電極が二層構造とし、最下層反射電極をアルミニウムを主成分とする合金にて形成することにより、製造時のフォトリソグラフィ工程におけるエッチング制御が容易に行える。
【００３２】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、配線層に配置されたアクティブ素子と、前記配線層上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に配置され、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記アクティブ素子と電気的に接続された反射電極とを有するアレイ基板を備えた反射型又は半透過型の液晶表示装置の製造方法であって、前記反射電極を複数の層にて形成し、前記複数の層のうち最上層に配置される最上層反射電極をアルミニウムにて形成し、最下層に配置される最下層反射電極をアルミニウムを主成分とする合金にて形成することを特徴とする。
【００３４】
これらの方法によれば、反射電極がアクティブ素子のドレイン電極と接続する場合、反射電極とドレイン電極とのコンタクト抵抗を低下させることができる。また、反射電極が例えば共通容量電極とコンタクトホールを介して電気的に接続される場合であっても、同様にコンタクト抵抗を低下させることが可能となる。さらに、外光を反射させる最上層反射電極は従来と同様に高反射率のアルミニウムからなるので、反射率を従来と同程度に維持することもできる。
【００３５】
これにより、反射電極とアクティブ素子（例えばドレイン電極）や共通容量電極とのコンタクト抵抗を低下させ、且つ反射率の高い反射型又は半透過型の液晶表示装置を提供することができる。
【００３６】
なお、最上層及び最下層についての説明は、本発明の液晶表示装置において説明した通りであるため、ここでは省略する。
【００４０】
この方法によれば、例えば層間絶縁膜の表面に凹凸を形成したりコンタクトホールを形成したりする加工工程において、通常のフォトリソグラフィ工程で使用する装置を共用することができ、且つレジスト膜を別途形成する必要もなくなる。 これにより、製造工程数の削減やコストダウンが可能となる。
【００４１】
また、最下層反射電極をアルミニウムを主成分とする合金にて形成する場合、前記アクティブ素子に設けられ前記反射電極との接続に用いられる電極をチタン又はタンタルにて形成することが好ましい。
【００４２】
さらに、前記アルミニウムを主成分とする合金は、副成分としてタンタル、ジルコニウム、チタン、及びネオジウムのうち少なくとも一つの組成物を含有しており、各組成物の含有率はタンタルが０．５〜５質量％、ジルコニウムが０．５〜２０質量％、チタンが０．５〜１０質量％、ネオジウムが０．５〜３０質量％であることが好ましい。
【００４３】
これらの方法によれば、反射電極とアクティブ素子の電極（例えばドレイン電極）との低いコンタクト抵抗を安定して得ることができる。
【００４４】
また、前記反射電極を二層にて形成し、最下層反射電極をアルミニウムを主成分とする合金とすれば、製造時のフォトリソグラフィ工程におけるエッチング制御が容易に行える。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００５０】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤの構成は、反射電極以外については図３に示した従来の反射型ＬＣＤと同じである。図１は、本実施の形態に係る反射型ＬＣＤのアレイ基板１の構造、すなわちアレイ構造を示している図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。以下に、図１を参照しながら、本実施の形態に係る反射型ＬＣＤのアレイ構造について説明する。なお、図１において、図４に示した従来の反射型ＬＣＤと同じ機能を有する構成については同じ参照番号を付記している。これらの構成は従来技術において説明したとおりであるため、ここでは省略する。
【００５１】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、反射電極の構成が従来のものとは異なる。図１（ｂ）に示すように、本実施の形態における反射電極２４は、上層反射電極（最上層反射電極）２４ａと下層反射電極(最下層反射電極)２４ｂとで構成された二層構造である。上層反射電極２４ａはＡｌにて形成されている。下層反射電極２４ｂは、副組成としてタンタル（Ｔａ）を０．５〜５質量％含有するＡｌ合金である。なお、下層反射電極２４ｂの材料はこのＡｌ−Ｔａ合金に限定されるものではなく、Ａｌを主成分とする合金であって、副成分としてＴａを０．５〜５質量％、又はジルコニウム（Ｚｒ）を０．５〜２０質量％、又はチタン（Ｔｉ）を０．５〜１０質量％、又はネオジウム（Ｎｄ）を０．５〜３０質量％含有するものであればよい。また、これら副成分組成が組み合わされて含有されているＡｌ合金であってもよい．
反射電極２４を以上のように二層構造として、ドレイン電極７や共通容量電極２１と接する下層反射電極２４ｂを、酸素等に影響を与えられにくい、活性しにくい材料である、Ａｌを主成分とする合金にて形成する。これにより、反射電極２４とドレイン電極７及び共通容量電極２１とのコンタクト抵抗を低下させることができる。さらに、入射光を反射させるのは上層反射電極２４ａ部分であり、この上層反射電極２４ａは従来どおりＡｌにて形成されているため、反射率が低下することはない。
【００５２】
このように、本実施の形態の反射電極２４によれば、反射率を低下させることなく、反射電極２４とドレイン電極７及び共通容量電極２１とのコンタクト抵抗を低下させることができる。
【００５３】
また、Ａｌ合金の副組成を前記のように設定することにより、低いコンタクト抵抗をより安定して得ることが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態におけるドレイン電極７はＴｉにより形成されている。これにより、Ａｌ合金からなる下層反射電極２４ｂとドレイン電極７とのコンタクト抵抗をより安定して低く抑えることができる。なお、本実施の形態においてはＴｉを用いているが、Ｔａを用いても同様の効果が得られる。
【００５５】
また、本実施の形態における層間絶縁膜９はアクリル樹脂にて形成されている。これにより、層間絶縁膜９の加工工程を通常のフォトリソグラフィー工程の装置を用いて行うことができる。
【００５６】
次に、アレイ基板１の製造方法について図２を用いて説明する。
【００５７】
第１の工程が図２（ａ）に示されている。この工程においては、まずガラス基板１２上にゲート電極（ゲート配線）５を形成し、さらにゲート絶縁膜１３を形成する。次に、ゲート電極５の上部にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）及び窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を積層し、チャネル層１９を形成する。さらに、ｎ型アモルファスシリコンにてコンタクト層２０を形成した後、Ｔｉによりソース電極６及びドレイン電極７を形成してＴＦＴ８を作製し、さらにＴＦＴ８を保護する絶縁膜２３を窒化シリコン膜にて形成する。
【００５８】
第２の工程が図２（ｂ）に示されている。この工程においては、アクリル樹脂にて形成した層間絶縁膜９の表面にフォトリソグラフィ工程によって凹凸を形成し、その後、ドライエッチングによりドレイン電極７上部の層間絶縁膜９にコンタクトホール１１を形成する。また、このとき同時に、共通容量電極２１部分のコンタクトホール２２も形成する。
【００５９】
第３の工程が図２（ｃ）に示されている。この工程においては、Ａｌを主成分とする合金層及びＡｌ層を各々１０００Å厚で連続成膜してフォトリソグラフィ工程によりパターニングを行う際に、上層反射電極２４ａと下層反射電極２４ｂとを一括でウエットエッチングして反射電極２４を形成する。このように、本実施の形態においては反射電極がＡｌとＡｌ合金とからなる二層構造であるため、エッチングの制御が容易である。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、下層反射電極２４ｂをＡｌを主成分とする合金により作製しているが、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする合金又はＴｉを用いても同様の効果を得ることができる。この場合、ドレイン電極７をＴｉ又はＡｌ又はＴａを用いて作製すると、下層反射電極２４ｂとドレイン電極７とのコンタクト抵抗をより安定して低く抑えることができる。なお、ここで用いるＭｏ合金は、副成分としてのタングステン（Ｗ）の組成が０．５質量％〜３０質量％であるものが好ましい。副成分の組成をこのように設定することにより、低いコンタクト抵抗をより安定して得ることが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては反射電極２４を二層構造としているが、三層以上の多層構造とすることも可能である。この場合、光の反射面となる最上層反射電極は上層反射電極２４ａと同様にＡｌで形成し、ドレイン電極７及び共通容量電極２１と接触する層となる最下層反射電極は、下層反射電極２４ｂと同様にＡｌを主成分とする合金、又はＭｏを主成分とする合金、又はＴｉにより形成する。これにより、本実施の形態の反射型ＬＣＤと同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、本構成の反射型ＬＣＤを画像表示応用装置に備えることにより、画質のよい画像表示応用装置を実現することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、反射率を低下させることなくドレイン電極や共通容量電極と反射電極とのコンタクト抵抗を低下させた反射型又は半透過型の液晶表示装置を提供できる。さらに、この液晶表示装置を画像表示応用装置に備えることにより、画質の良好な画像表示応用装置を実現することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の反射型ＬＣＤにおけるアレイ基板の構成を示す図であり、（ａ）は前記アレイ基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）は、前記アレイ基板の製造工程を示す工程図である。
【図３】 従来の反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図４】 従来の反射型ＬＣＤにおけるアレイ基板の構成を示す図であり、（ａ）は前記アレイ基板の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、前記アレイ基板の製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ アレイ基板
２ 対向基板
３ 液晶層
５ ゲート電極（ゲート配線）
６ ソース電極
７ ドレイン電極
８ 薄膜トランジスタ（アクティブ素子）
９ 層間絶縁膜
１１ コンタクトホール
２１ 共通容量電極
２２ コンタクトホール
２４ 反射電極
２４ａ 上層反射電極（最上層反射電極）
２４ｂ 下層反射電極（最下層反射電極）

Claims (8)

1. 配線層に配置されたアクティブ素子と、前記配線層上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に配置され、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記アクティブ素子と電気的に接続された反射電極とを有するアレイ基板を備えた反射型又は半透過型の液晶表示装置において、前記反射電極が複数の層からなり、前記複数の層のうち最上層に配置された最上層反射電極はアルミニウムからなり、最下層に配置された最下層反射電極はアルミニウムを主成分とする合金からなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記アクティブ素子に設けられ前記反射電極との接続に用いられる電極は、チタン又はタンタルからなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記アルミニウムを主成分とする合金は、副成分としてタンタル、ジルコニウム、チタン、及びネオジウムのうち少なくとも一つの組成物を含有しており、各組成物の含有率はタンタルが０．５〜５質量％、ジルコニウムが０．５〜２０質量％、チタンが０．５〜１０質量％、ネオジウムが０．５〜３０質量％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。
4. 前記反射電極が二層構造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。
5. 配線層に配置されたアクティブ素子と、前記配線層上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に配置され、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記アクティブ素子と電気的に接続された反射電極とを有するアレイ基板を備えた反射型又は半透過型の液晶表示装置の製造方法であって、前記反射電極を複数の層にて形成し、前記複数の層のうち最上層に配置される最上層反射電極をアルミニウムにて形成し、最下層に配置される最下層反射電極をアルミニウムを主成分とする合金にて形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
6. 前記アクティブ素子に設けられ前記反射電極との接続に用いられる電極をチタン又はタンタルにて形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記アルミニウムを主成分とする合金は、副成分としてタンタル、ジルコニウム、チタン、及びネオジウムのうち少なくとも一つの組成物を含有しており、各組成物の含有率はタンタルが０．５〜５質量％、ジルコニウムが０．５〜２０質量％、チタンが０．５〜１０質量％、ネオジウムが０．５〜３０質量％であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記反射電極を二層にて形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。

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