JP4977352B2 - 表示装置用配線、該配線を有する薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
配線材料のうち最も低い抵抗値を有する物質は銀(Ag)である。実際に、銀(Ag)からなるゲート線及びデータ線を含む場合、信号遅延などの問題を解決することができる。
本発明は、前記した問題点を解決するためのものであって、その目的は、配線の低抵抗特性及び信頼性を同時に確保できる表示装置用配線、該配線を有する薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法を提供することである。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
まず、図1及び図2を参照して、本発明の一実施例による薄膜トランジスタ表示板の構造について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例による薄膜トランジスタ表示板の構造を示す配置図であり、図2は、図1に示す薄膜トランジスタ表示板のII-II´線に沿った断面図である。
ゲート線121は、ITO又はIZOのような導電性酸化物からなる導電層124p、127p、129p(以下、下部導電性酸化膜と言う)、銀(Ag)又は銀合金(Ag-alloy)からなる導電層124q、127q、129q(以下、銀(Ag)導電層と言う)、及びITO又はIZOのような導電性酸化物からなる導電層124r、127r、129r(以下、上部導電性酸化膜と言う)で形成されている。
特に、下部導電性酸化膜が非晶質形態から形成されたITOからなる場合、基板110及び銀(Ag)導電層124q、127q、129qの間で接着性をさらに向上させることができる。
これにより、基板110、非晶質ITOからなる下部導電性酸化膜124p、127p、129p及び銀(Ag)導電層124q、127q、129qが互いに密着し、配線が剥げたり剥離する現象を防止することができる。
更に、非晶質形態のITOは、窒素雰囲気に露出させて窒化性ITO(ITON)に形成することもできる。この場合、銀(Ag)導電層とITOの接触領域で銀(Ag)の酸化を防止し、抵抗の急激な増加を防止することができる。
ゲート線121上には、窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜140が形成されている。
ゲート絶縁膜140の上部には、水素化非晶質シリコンなどからなる複数の線状半導体層151が形成されている。線状半導体層151は、縦方向にのびており、ここから複数の突出部154がゲート電極124に向けてのびている。また、線状半導体層151は、ゲート線121と出会う地点の付近で幅が大きくなり、ゲート線121の広い面積を覆っている。
データ線171は、縦方向にのびてゲート線121と交差し、データ電圧を伝達する。各データ線171からドレイン電極175に向けてのびた複数の分岐がソース電極173をなす。一対のソース電極173とドレイン電極175は、互いに分離され、ゲート電極124に対し互いに反対側に位置している。
特に、非晶質形態のITOから形成された導電性酸化膜の場合、銀(Ag)と同一エッチング条件でエッチングすることができる。
三重層を一括エッチングすることによって、ITOのような下部導電性酸化膜171p、173p、175p、177p、179p、銀(Ag)導電層171q、173q、175q、177q、179q、及び上部導電性酸化膜171r、173r、175r、177r、179rからなるデータ線171、ドレイン電極175及び保持容量用導電体177が形成される。
ゲート電極124、ソース電極173及びドレイン電極175は、半導体151の突出部154と共に薄膜トランジスタ(TFT)をなし、薄膜トランジスタのチャネルは、ソース電極173とドレイン電極175の間の突出部154に形成される。保持容量用導電体177は、ゲート線121の拡張部127と重なっている。
保護膜180上には、ITO又はIZOからなる複数の画素電極190及び複数の接触補助部材81、82が形成されている。
データ電圧が印加された画素電極190は、共通電圧の印加を受ける別の表示板(図示せず)の共通電極(図示せず)と共に電場を生成することによって、液晶層の液晶分子を再配列する。
まず、図3A及び図3Bに示すように、絶縁基板110上にITO又はIZOのような導電性酸化物からなる導電層(以下、導電性酸化膜と言う)と、銀(Ag)を含有する導電層(以下、銀(Ag)導電層と言う)を順次に積層する。
ここで、導電性酸化膜及び銀(Ag)導電層は、コ-スパッタリング(Co-sputtering)で形成する。
次に、銀(Ag)ターゲットのパワーをオフした後、ITOターゲットに再びパワーを印加して、銀(Ag)導電層上にITOからなる導電性酸化膜を形成する。導電性酸化膜は、約30Å〜300Åの厚さで形成する。この場合も前記と同様に、約150℃以下、好ましくは、室温でスパッタリングを実施する。温度範囲は、ITOを含有する導電性酸化物が結晶化できない温度、つまり非晶質形態に形成される範囲である。この時、好ましくは、水素気体(H2)又は水蒸気(H20)を共に供給する。前記のような条件で蒸着する場合、非晶質形態のITOが形成される。また、前記のように、窒素気体(N2)を共に供給して窒化性ITO(ITON)に形成することもできる。
特に、前記のように、約150℃以下、好ましくは室温で導電性酸化物を形成する場合、基板110及び第2導電層124q、127q、129qの間に結晶化しない導電性酸化物が介在して接着性をさらに向上させることができる。非晶質の導電性酸化物は、表面粗度が極めて大きい物質で、表面に微細な凹凸部(凹凸)を多く含む。このような凹凸部によって、下部の基板110と導電性酸化膜124p、127p、129pの間、及び導電性酸化膜124p、127p、129p及び上部の銀(Ag)導電層124q、127q、129qの間に接触面積が増加し、接着性を著しく向上させる。
これにより、基板110、導電性酸化膜124p、127p、129p及び銀(Ag)導電層124q、127q、129qは互いに密着し、配線が剥げたり剥離する現象を防止することができる。
また、前記のように、非晶質形態のITO形成の際に、例えば窒素気体(N2)、アンモニア(NH3)、亜酸化窒素(N2O)のような窒素供給気体に露出させて窒化性ITO(ITON)を形成することによって、銀(Ag)とITOの接触領域で銀(Ag)の酸化を防止することができる。これにより、配線の抵抗が急速に増加することを防止することができる。
銀(Ag)は、一般に極めて速いエッチング速度を有しており、弱酸性の条件でエッチングする必要がある。しかし、既存の二重層又は三重層の積層構造で下部層に主に利用されるクロム(Cr)又はモリブデン(Mo)等は、銀(Ag)に比べて極めて遅いエッチング速度を有するので、同一条件でエッチングすることができない。これに対し、非晶質ITOは、非晶質特性によって、複数のダングリングボンドが存在し、反応性が高いため、銀(Ag)と同様に弱酸性の条件でエッチングを行うことができる。したがって、銀(Ag)導電層と非晶質ITO層を同一エッチング液で一括してエッチングする場合、良好なプロファイルを有する配線を形成することができる(図23A〜図23C参照)。
これにより、図3A及び図3Bのように、ゲート電極124、複数の拡張部127及びゲート線の端部129を含むゲート線121が形成される。
次に、図4A及び図4Bに示すように、ゲート線121及びゲート電極124を覆うように窒化ケイ素(SiNx)又は酸化ケイ素(SiO2)を蒸着して、ゲート絶縁膜140を形成する。ゲート絶縁膜140の積層温度は、約250℃〜500℃、厚さは1000Å〜3000Å程度とする。
次に、不純物がドーピングされた非晶質シリコン層161上に、スパッタリングなどの方法で、ITOなどからなる導電性酸化膜、銀(Ag)導電層及びITOなどからなる導電性酸化膜を順次に積層する。ここでも、前記と同様に、コ-スパッタリング法で行い、導電性酸化膜は、約30Å〜300Åの厚さで形成し、銀(Ag)導電層は、約1000Å〜3000Åの厚さで形成する。
特に、ITOを積層する場合、約150℃以下、好ましくは、室温で実施することができる。この温度範囲は、ITOが結晶化できない温度、つまり非晶質形態に形成される範囲である。この場合、好ましくは、水素気体(H2)又は水蒸気(H20)を共に供給してスパッタリングを行うことができる。前記のように、低温で形成された非晶質形態のITOは、複数のダングリングボンドを有し、高い反応性を示しており、弱酸性でもエッチングし易い。したがって、非晶質形態のITO及び銀(Ag)は、同一エッチング条件で一括してエッチングすることができる。
銀(Ag)導電層173q、175q、177q、179qの下部及び/又は上部に形成される導電性酸化膜は、好ましくは、約30Å〜300Åの厚さで形成する。30Å未満の場合には、薄過ぎて下部層との接触不良を起こしたり、300Åを超える場合には、接触抵抗の不良が生ずることがある。
これにより、図5A及び図5Bに示すように、三重層のソース電極173、ドレイン電極175、保持容量用導電体177及びデータ線の端部179が形成される。
図23Cは、保護膜180を形成するステップの完了後の断面写真である。この写真から、前記で形成されたデータ線のプロファイルをそのまま維持しながら、配線が剥げたり剥離することなく、優れたパターンが形成されることが確認できる。
次に、保護膜180上にITO又はIZOなどの透明金属層190をスパッタリング法で積層した後、パターニングする。この時、透明金属層190は、約400Å〜1500Åの厚さで形成する。
図7は、本発明の一実施例による有機発光表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図8A及び図8Bはそれぞれ、図7に示す薄膜トランジスタ表示板のVIIIA-XVIIIA´線及びVIIIB-XVIIIB´線による断面図である。
ゲート線121、第1ゲート電極124a及び第2ゲート電極124b及び保持電極133は、ITO又はIZOのような導電性酸化物からなる導電層124ap、124bp、133p(以下、下部導電性酸化膜と言う)、銀(Ag)又は銀合金(Ag-alloy)からなる導電層124aq、124bq、133q(以下、銀(Ag)導電層と言う)、及びITO又はIZOのような導電性酸化物からなる導電層124ar、124br、133r(以下、上部導電性酸化膜と言う)からなる。
特に、下部導電性酸化膜が約150℃以下の温度で形成される場合、非晶質形態に形成され、基板110及び前記銀(Ag)導電層124aq、124bp、133qの間で接着性を一層向上させることができる。非晶質形態の導電性酸化膜は、表面粗度が極めて大きい物質であって、表面に微細な凹凸を多く含む。このような凹凸部によって、下部の基板110及び上部の銀(Ag)導電層124aq、124bq、133qとの接触面積が増加し、接着性が著しく向上する。また、非晶質導電性酸化膜は、後続ステップであるゲート絶縁膜140及び半導体層151の形成ステップで、約200〜400℃の高温に露出するが、この時、非晶質形態の導電性酸化膜が結晶化し、上部の第2導電層124aq、124bq、133q及び下部の基板110との接着性が一層向上される。
下部導電性酸化膜124ap、124bp、133p、銀(Ag)導電層124aq、124bq、133q及び上部導電性酸化膜124ar、124br、133rの側面は、約30度〜80度の傾斜角を有する。
ゲート絶縁膜140上には、水素化非晶質シリコンなどからなる複数の線状半導体151と島状半導体154bが形成されている。線状半導体151は、縦方向にのびており、ここから複数の突出部が第1ゲート電極124aに向けてのびて、第1ゲート電極124aと重なる第1チャンネル部154aをなしている。また、線状半導体151は、ゲート線121と出会う地点の付近で幅が拡張されている。島状半導体154bは、第2ゲート電極124bと交差する第2チャンネル部を含み、保持電極133と重なる保持電極部157を有する。
半導体151、154bとオーミックコンタクト層161、165a、163b、165bの側面も傾斜しており、その傾斜角は30度〜80度である。
データ線171及び電源線172は、縦方向にのびてゲート線121と交差し、データ電圧及び電源電圧をそれぞれ伝達する。各データ線171から第1ドレイン電極175aに向けてのびた複数の分岐が第1ソース電極173aをなし、各電源線172から第2ドレイン電極175bに向けてのびた複数の分岐が第2ソース電極173bをなす。一対の第1及び第2ソース電極173a、173bと第1及び第2ドレイン電極175a、175bは、互いに分離され、それぞれ第1及び第2ゲート電極124a、124bに対して互いに反対側に位置している。
また、ITOの代わりに、窒化性ITO(ITON)に形成する場合、銀(Ag)とITOの接触領域で銀(Ag)の酸化を防止することができる。これにより、配線の抵抗が急激に増加することを防止することができる。
第1ゲート電極124a、第1ソース電極173a及び第1ドレイン電極175aは、線状半導体151の突出部154aと共にスイッチング用薄膜トランジスタをなし、第2ゲート電極124b、第2ソース電極173b及び第2ドレイン電極175bは、島状半導体154bと共に駆動用薄膜トランジスタを構成する。この時、電源線172は、島状半導体154bの保持電極部157と重畳している。
保護膜180を有機物質で形成する場合、線状半導体151及び島状導体154bが露出した部分に有機物質が直接接触することを防止するために、有機膜の下部に窒化ケイ素(SiNx)又は酸化ケイ素(SiO2)からなる無機絶縁膜をさらに形成することができる。
ここで、保護膜180に形成されているゲート線の端部129及びデータ線の端部179をそれぞれ露出させる接触孔181、182は、外部の駆動回路出力端とゲート線の端部129及びデータ線の端部179を接続するためのものである。この時、駆動回路出力端とゲート線の端部129及びデータ線の端部179の間には、異方性導電フィルムが配設され、物理的接着及び電気的接続を図る。基板110上に駆動回路を直接形成する場合には、ゲート線121及びデータ線171が駆動回路の出力端と接続された状態で形成されるため、接触孔は不要である。場合によっては、ゲート駆動回路は、基板110に直接形成し、データ駆動回路は別のチップ状に配設することもできる。この場合には、データ線の端部179を露出する接触孔182のみを形成する。
画素電極190は、接触孔185を通じて第2ドレイン電極175bとそれぞれ物理的、電気的に接続されており、接続部材192は、接触孔181、183を通じて、第1ドレイン電極175aと第2ゲート電極124bを接続する。接触補助部材81、82は、接触孔181、182を通じてゲート線の端部129及びデータ線の端部179にそれぞれ接続されている。
画素電極190、接続部材192及び接触補助部材81、82は、ITO又はIZOからなる。
隔壁803で囲まれた画素電極190上の領域には、有機発光層70が形成されている。有機発光層70は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)ののいずれか一つを発光する有機物質からなり、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の有機発光層70が順に反復的に配置されている。
隔壁803、有機発光層70及び補助電極272の上には、共通電極270が形成されている。共通電極270は、アルミニウムなどの低い抵抗特性を有する金属からなる。ここでは、背面発光型の有機発光表示装置を例示しているが、前面発光型の有機発光表示装置又は両面発光型の有機発光表示装置の場合には、共通電極270をITO又はIZOなどの透明な導電物質で形成する。
図9、図11、図13、図15、図17、図19及び図21は、図7〜図8Bに示す薄膜トランジスタ表示板の製造方法を順次に示した配置図であり、図10A及び図10Bは、図9に示す薄膜トランジスタ表示板のXA-XA´線及びXB-XB´線による断面図であり、図12A及び図12Bは、図11に示す薄膜トランジスタ表示板のXIIA-XIIA´線及びXIIB-XIIB´線による断面図であり、図14A及び図14Bは、図13に示す薄膜トランジスタ表示板のXIVA-XIVA´線及びXIVB-XIVB´線による断面図であり、図16A及び図16Bは、図15に示す薄膜トランジスタ表示板のXVIA-XVIA´線及びXVIB-XVIB´線による断面図であり、図18A及び図18Bは、図17に示す薄膜トランジスタ表示板のXVIIIA-XVIIIA´線及びXVIIIB-XVIIIB´線による断面図であり、図20A及び図20Bは、図19に示す薄膜トランジスタ表示板のXXA-XXA´線及びXXB-XXB´線による断面図であり、図22A及び図22Bは、図21に示す薄膜トランジスタ表示板をXXIIA-XXIIA´線及びXXIIB-XXIIB´線による断面図である。
コ-スパッタリングは、初期に銀(Ag)ターゲットにはパワーを印加せず、ITOターゲットにのみパワーを印加して、基板上にITOからなる導電性酸化膜を形成する。導電性酸化膜は、約30Å〜300Åの厚さで形成する。この場合、スパッタリングは、約150℃以下、好ましくは室温で実施する。この時、好ましくは、水素気体(H2)又は水蒸気(H20)を共に供給する。前記のような条件でITOを蒸着する場合、非晶質形態のITOが形成される。
又は、前記と同様に、ITO形成の際に、窒素気体(N2)に露出させて窒化性ITO(ITON)を形成することもできる。この場合、銀(Ag)と導電性酸化膜の接触領域で銀(Ag)の酸化を防止することができ、抵抗の急激な増加を防止することができる。
前記のように、銀(Ag)導電層の下部にITOなどからなる導電性酸化膜を形成する場合、基板110との接着性が向上され、配線が剥げたり剥離する現象を防止することができる。
また、銀(Ag)導電層124aq、124bqq、133qの上に、導電性酸化膜124ar、124br、129rを形成することによって、銀(Ag)が酸化して上部のゲート絶縁膜140に拡散することを防止する。
銀(Ag)導電層124q、127q、129qの下部及び/又は上部に形成される導電性酸化膜は、好ましくは約30Å〜300Åの厚さで形成される。30Å未満で形成される場合には、薄過ぎて下部の基板110と上部の銀(Ag)導電層が部分的に接触して基板110との接着性を確保できず、300Åを超える場合には、接触抵抗の不良が生ずることがある。
これにより、ゲート電極124a、124bを含むゲート線121は、銀(Ag)導電層の上部及び下部に非晶質ITOが形成されている三重膜形態で形成される。
前記したように、銀(Ag)層の下部及び/又は上部に導電性酸化膜を形成することによって、銀(Ag)が酸化して下部の半導体層150及び上部の画素電極190に拡散することを防止することができる。
又は、ITO形成の際に、窒素気体(N2)のような窒素供給気体に露出させて窒化性ITO(ITON)を形成することもできる。この場合、銀(Ag)と導電性酸化物の接触領域で銀(Ag)の酸化を防ぎ、抵抗の急激な増加を防止することができる。
これにより、図13及び図14Bに示すように、三重層の複数の第1ソース電極173aを有する複数のデータ線171、複数の第1及び第2ドレイン電極175a、175b及び複数の第2ソース電極173bを有する電源線172が形成される。
次に、図15〜図16Bのように、有機絶縁物質又は無機絶縁物質を塗布して保護膜180を形成する。このステップは、約200℃以上の高温で実施されるため、データ線171、電源線172及び第1及び第2ドレイン電極175a、175bをなしている非晶質形態のITOが結晶化する。
次に、保護膜180をフォトエッチングして複数の接触孔185、183、181、182を形成する。接触孔181、185、183、182は、第1及び第2ドレイン電極175a、175b、第2ゲート電極124bの一部、ゲート線の端部129及びデータ線の端部179を露出させる。
次に、図19〜20Bに示すように、一つのマスクを用いるフォトエッチング工程で隔壁803及び補助電極272を形成し、図21〜図22Bに示すように、有機発光層70及び共通電極270を形成する。
131 保持電極線 140 ゲート絶縁膜
150 真性非晶質シリコン層 160 不純物非晶質シリコン層
171 データ線 173 ソース電極 175 ドレイン電極
177 保持容量用導電体 180 保護膜
181、182、185、187 接触孔 190 画素電極
81、82 接触補助部材
Claims (19)
- 導電性酸化物を含有する第1導電層と、
前記第1導電層上に形成されており、銀(Ag)を含有する第2導電層と、
前記第2導電層上に形成されおり、導電性酸化物を含有する第3導電層と、
を有し、
前記第1導電層及び前記第3導電層は、窒化性を有し、
前記第1導電層、前記第2導電層及び前記第3導電層は実質的に同じ形状のプロファイルを有することを特徴とする表示装置用配線。 - 前記第1導電層及び前記第3導電層は、150℃以下の温度で形成されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用配線。
- 前記第1導電層及び前記第3導電層は、室温で形成されることを特徴とする請求項2に記載の表示装置用配線。
- 前記第1導電層及び前記第3導電層は、ITO又はIZOを含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置用配線。
- 前記導電性酸化物は、非晶質形態であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置用配線。
- 基板、
前記基板上に形成されているゲート線、
前記ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜、
前記ゲート絶縁膜上に形成されているソース電極を含むデータ線及び前記ソース電極と対向しているドレイン電極、及び
前記ドレイン電極と接続されている画素電極
を有し、
前記ゲート線と前記データ線及びドレイン電極の少なくとも一方とは、導電性酸化物を含有する第1導電層と、前記第1導電層上に形成されており、銀(Ag)を含有する第2導電層と、前記第2導電層上に形成されており、導電性酸化物を含有する第3導電層と、を有し、
前記第1導電層及び前記第3導電層は、ITO又はIZOを含み、
前記ITOは、窒化性ITOであり、
前記第1導電層、前記第2導電層及び前記第3導電層は実質的に同じ形状のプロファイルを有する
ことを特徴とする薄膜トランジスタ表示板。 - 前記第1導電層及び前記第3導電層は、150℃以下の温度で形成されることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記第1導電層及び前記第3導電層は、室温で形成されることを特徴とする請求項7に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記導電性酸化物は、非晶質形態であることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記第2導電層は、前記第1導電層及び第3導電層よりも厚いことを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記第1導電層及び前記第3導電層は、30Å〜300Åの厚さで形成されていることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記銀(Ag)を含有する第2導電層は、1000Å〜3000Åの厚さで形成されていることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 基板上にゲート線を形成するステップ、
前記ゲート線上に、ゲート絶縁膜及び半導体層を順次に形成するステップ、
前記ゲート絶縁膜及び半導体層上に、ソース電極を含むデータ線及び前記ソース電極と所定間隔を置いて対向しているドレイン電極を形成するステップ、及び
前記ドレイン電極と接続される画素電極を形成するステップ
を有し、
前記ゲート線を形成するステップと前記データ線及びドレイン電極を形成するステップの少なくとも一方とは、150℃以下の温度で非晶質導電性酸化物を含む第1導電膜を形成するステップ、前記第1導電膜上に銀(Ag)を含有する第2導電膜を形成するステップ、前記第2導電膜上に150℃以下の温度で非晶質導電性酸化物を含む第3導電膜を形成するステップ、及び前記第1導電化膜、前記第2導電膜及び前記第3導電膜を同時にエッチングするステップを含み、
前記第1導電膜及び前記第3導電膜を形成するステップは、前記第1導電膜及び前記第3導電膜を窒素供給気体に露出させるステップを含む
ことを特徴とする薄膜トランジスタ表示板の製造方法。 - 前記第1導電膜及び前記第3導電膜は、インジウム酸化物で形成されることを特徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記インジウム酸化物は、ITO又はIZOであることを特徴とする請求項14に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記第1導電膜及び前記第3導電膜を形成するステップは、室温で行われることを特徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記第1導電膜及び前記第3導電膜を形成するステップは、前記第1導電膜及び前記第3導電膜を水素気体(H2)及び水蒸気(H20)の少なくとも一方に露出させるステップを含むことを特徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記第1導電膜及び前記第3導電膜は、30Å〜300Åの厚さで形成されることを特徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記第2導電膜は、1000Å〜3000Åの厚さで形成されることを特徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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