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JP2009122376A - 表示装置 - Google Patents

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Yoshiharu Owaku
芳治 大和久
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Abstract

【課題】薄膜トランジスタと端子部間の接続の信頼性を確保し、高品位の画像表示装置を可能とする。
【解決手段】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電圧を供給する端子部と有し、前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と前記ゲート電極と同じ材質で形成されたゲート配線とを有し、前記端子部には、金属配線が接続され、前記ゲート配線の上層には、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜とは材質が異なる第2の絶縁膜とが順に積層され、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、前記ゲート配線を露出する開口を有し、前記開口の側壁面は、保護膜と、第1の透明導電膜と、第3の絶縁膜とで順に覆われており、前記ゲート配線の露出部の上層には、前記第1の透明導電膜と第2の透明導電膜とが順に積層され、前記第2の透明導電膜は、前記金属配線と接続されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、薄膜トランジスタを有する表示装置に係り、特に薄膜トランジスタと端子間の接続の信頼性を向上した表示装置に関する。
絶縁基板上に薄膜トランジスタを有する表示装置において、薄膜トランジスタのゲート電極及びゲート電極から引き出されたゲート配線は、薄膜トランジスタの特性確保の観点から、例えばモリブデンータングステン(Mo―W)合金が用いられている。一方、絶縁基板の端部に形成される端子部及び端子部から引き出された金属配線は、配線抵抗低減などの観点から、アルミニウム或いはアルミニウム合金が用いられている。ゲート配線と端子部から引き出された金属配線との接続は、ゲート配線上に設けたコンタクトホールと金属配線上に設けたコンタクトホール間に連続した導電膜を形成し、この導電膜を介して行われている。
また、薄膜トランジスタの、特に逆スタガ型(ボトムゲート型)薄膜トランジスタのゲート電極及びゲート配線の上層に形成される絶縁膜は、電気的特性の確保の観点から材質の異なる多層の絶縁膜を積層した構成が用いられている。この多層の絶縁膜は、ゲート配線上のコンタクトホールの側壁面にも位置する。多層の絶縁膜の材質が異なるといくことは、エッチングレートも異なることになる。よって、コンタクトホール形成時のエッチングにおいて、絶縁膜各層のエッチングの程度が異なり、コンタクトホールの側壁面に凹凸による段差が形成される。コンタクトホールの側壁面に凹凸による段差が存在すると、コンタクトホールを介する導通の確保が困難となる。よって、ゲート配線と端子部から引き出された金属配線との接続の信頼性が低下する。
逆スタガ型薄膜トランジスタを用いた表示装置の従来技術として、特許文献1には、背面基板側に配置される薄膜トランジスタとしてチャネル領域が多結晶及び非晶質シリコンの積層構造でかつ逆スタガ構造の第1の薄膜トランジスタと、チャネル領域が単層非晶質シリコン構造でかつ逆スタガ構造の第2の薄膜トランジスタを備えた構成が開示されている。
特開平5−55570号公報
前述のような従来の構成では、ゲート配線上に開口配置するコンタクトホールは前述した絶縁膜構成から側壁面に凹凸による段差が発生する恐れがある。この段差によって、コンタクトホールの上層に形成される配線、導電膜の断線が発生し、導通の確保に問題がある。この問題の解決のためには、それぞれの絶縁膜毎に最適なエッチングを行い、側壁面を平坦化させる方法も考えられる。しかし、これではホト工程追加など工数の増加を招き、又プロセスが複雑になり、量産性を損ない、表示装置の製造コストの引き下げを阻害する要因の一つとなっている。
本発明の目的は、ゲート配線上のコンタクトホールにおける側壁面の凹凸による段差の発生を無くし、ゲート配線と端子部から引き出された金属配線との導通の信頼性を確保して、高品質の画像表示を可能とした表示装置を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電圧を供給する端子部と有し、前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と前記ゲート電極と同じ材質で形成されたゲート配線とを有し、前記端子部には、金属配線が接続され、前記ゲート配線の上層には、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜とは材質が異なる第2の絶縁膜とが順に積層され、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、前記ゲート配線を露出する開口を有し、前記開口の側壁面は、保護膜と、第1の透明導電膜と、第3の絶縁膜とで順に覆われており、前記ゲート配線の露出部の上層には、前記第1の透明導電膜と第2の透明導電膜とが順に積層され、前記第2の透明導電膜は、前記金属配線と接続されている。
(2)(1)において、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜は、どちらか一方が酸化シリコン膜で、他方が窒化シリコン膜である。
(3)(1)または(2)において、前記ゲート配線は、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、或いはこれらの金属の何れかを含む合金からなる。
(4)(1)から(3)において、前記金属配線は、アルミニウム或いはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなる。
(5)(1)から(4)において、前記薄膜トランジスタの半導体層は、多結晶シリコン或いは、多結晶シリコンとその上層に形成された非晶質シリコンの積層体からなる。
(6)(1)から(5)において、前記絶縁基板と所定の間隙を介して接合した対向基板と、前記間隙に保持された液晶層とを有し、前記液晶層に電圧を印加する画素電極と対向電極とが、前記絶縁基板上に形成され、前記第1の透明導電膜は、前記対向電極と同層に形成されている。
(7)(1)から(6)において、前記絶縁基板は、表示領域と前記表示領域を囲む周辺領域とを有し、前記周辺領域には駆動回路が形成され、前記薄膜トランジスタは、前記駆動回路の構成要素である。
ゲート配線上のエッチングレートの異なる絶縁膜の積層膜を何れかの絶縁膜に適した条件で同時にエッチングして開口することにより、ホト工程追加の必要が無く、又プロセスも簡便となり、表示装置の製造コストの引き下げが可能となる。又、コンタクトホール内に多層膜を配置して側壁面の凹凸を軽減できるため、ゲート配線と端子部から引き出された金属配線の接続の信頼性を確保できる。
なお、本発明は、液晶表示装置に限らず、有機EL表示装置、その他、所謂アクティブ駆動型の各種表示装置に適用できる。
以下、本発明の表示装置の最良の実施形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)、(b)は、本発明による表示装置の実施例1を説明する図で、図1(a)は模式側面図、図1(b)は図1(a)の模式平面図である。図1(a)、(b)において、符号1はガラス板などの絶縁基板1aを有する背面基板である。この背面基板1は、前記絶縁基板1a上にチャネル領域が、多結晶シリコン、または多結晶シリコンと非晶質シリコンとのの積層構造で、かつ逆スタガ構造の薄膜トランジスタと、対向電極(コモン電極)と、前記薄膜トランジスタと接続された端子部等を備えている。符号2はガラス板などの透明板2aを有する前面基板である。前面基板2は、上記の背面基板1と対向配置されている。符号3はシール材であり、シール材3は前記背面基板1と前面基板2間に密封配置され、両基板1、2間に配置された、例えば液晶層を囲繞している。符号4は端子部で、この端子部4から引き出された金属配線が、前記薄膜トランジスタのゲート配線等とせつぞくされている。この端子部4は、背面基板1の一端面或は複数端面に形成されている。
図2は、背面基板1の要部の模式断面図であり、前記薄膜トランジスタTFT1を含む図1(b)の断面を示し、かつ前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。図2において、絶縁基板1aの表面には下地バリア膜10が形成され、その上側にゲート電極及びゲート配線11、第1の絶縁膜12、多結晶シリコン層13、非晶質シリコン層14、ソース及びドレイン電極15、端子部4から引き出された金属配線16、第2の絶縁膜17、有機保護膜18、第1の透明導電膜19、20、第3の絶縁膜21、第2の透明導電膜22等が積層或は並設されている。又、符号23は第1のコンタクトホール、24は第2のコンタクトホールである。
図2において、ゲート配線11上に配置する第1のコンタクトホール23は、このゲート配線11上に積層配置された絶縁膜、例えばSiO2膜からなりゲート絶縁膜を構成する第1の絶縁膜12と、この第1の絶縁膜12とはエッチングレートの異なる例えばSiN膜からなる第2の絶縁膜17との積層膜を略同軸で貫通する開口231を備えている。この開口231は穿孔完了時点ではその側壁面の前記第1の絶縁膜12と第2の絶縁膜17との境界部分にエッチングレートの差に起因する段差が存在している。又、第2のコンタクトホール24は、前記第2の絶縁膜17を貫通する開口241を備えている。この開口241の側壁面は略平滑である。これらの開口231、241は同一工程で穿孔されている。
前記第1のコンタクトホール23を構成する開口231は、先ずゲート配線11の表面に接する底面から開口の側壁面を通り頂面を経由して前記第2の絶縁膜17上迄を覆う有機保護膜18を備えている。この有機保護膜18では、上記側壁面の段差による信頼性低下は解消されていない。
次に、前記開口231内の有機保護膜18を覆って、例えばITOからなる第1の透明導電膜19が配置される。この第1の透明導電膜19は一端側を前記開口231の底面でゲート配線11と導通し、他端側を前記頂面方向に延在して有機保護膜18の一部を覆う構成となっている。
一方、第2のコンタクトホール24は、開口241内の有機保護膜18を覆って前記第1の透明導電膜19と同時に形成される第1の透明導電膜20が配置される。この第1の透明導電膜20は一端側を前記開口241の底面で金属配線16と導通し、他端側を前記頂面方向に延在して有機保護膜18の一部を覆う構成となっている。
又、前記第1の透明導電膜19、20の底面の一部を除く表面は、例えばSiN膜からなる第3の絶縁膜21で覆われた構成となっている。更に、前記第1の透明導電膜19、20のそれぞれの底面の一部の前記第3の絶縁膜21から露呈した部分には、この露呈部分にそれぞれ接し、前記第1の透明導電膜19、20を導通する連続した第2の透明導電膜22が積層配置されている。この第2の透明導電膜22は例えばITO膜から構成されている。
このように、第1のコンタクトホール23内の第1の透明導電膜19と第2のコンタクトホール24内の第1の透明導電膜20に接する連続した第2の透明導電膜22によりゲート電極11と引き出し端子16とが導通接続されている。
上記の通り、第1のコンタクトホール23の開口231に形成された段差を、第1の透明導電膜19、及び第3の絶縁膜21で覆うことにより、段差を解消し、第2の透明導電膜22の断線防止、接続の信頼性向上が実現できる。
尚、上記構成によって形成された薄膜トランジスタは、表示装置の表示領域にて画素を構成する薄膜トランジスタとして用いてもよい。また、表示領域を囲む周辺領域において、駆動回路を構成する薄膜トランジスタとして用いてもよい。
次に、本発明の製造方法の実施例を実施例2として説明する。図3〜図22は、本発明の表示装置の製造方法を説明する工程図で、各図(a)は模式平面図、各図(b)は各図(a)のA−A線に沿った模式断面図である。なお、これら各図において前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。以下、図3〜図22を基に本発明の製造方法を説明する。以下の説明では、特に図2に対応する部分の実施例について説明する。
先ず、図3に示すように絶縁基板1a上を下地バリア膜10で被覆する。この下地バリア膜10は必須ではない。次に、この下地バリア膜10上にゲート電極及びゲート配線11を構成するゲート電極膜11aを図4に示すようにをスパッタにより成膜し、この電極膜11aをホトマスクを介して露光し、その後現像して図5に示すようにゲート電極及びゲート配線11を形成する。電極膜材料としては例えば、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、或いはこれらの金属の何れかを含む合金が用いられる。
次に、図6に示すように、前記ゲート配線11を含む表面を第1の絶縁膜12で被覆する。この第1の絶縁膜12はSiO2(酸化シリコン)膜から構成され、ゲート絶縁膜となる。次に、多結晶シリコン層13を構成するために、アモルファスシリコン(a-Si)層13aを図7に示すように成膜する。成膜方法は例えばプラズマCVD法による。
次に、アモルファスシリコン(a-Si)層13aの一部で前記ゲート電極に対応する部分に図8に示すようにレーザ131を照射し、この被照射部に多結晶シリコン層13を形成し、残部のアモルファスシリコン(a-Si)層13aは除去する(図9参照)。レーザとしては例えばエキシマレーザを用いる。
次に、非晶質シリコン層(アモルファスシリコン層)14を構成するために、アモルファスシリコン(a-Si)層14aを図10に示すように前記多結晶シリコン層13を含む表面に成膜する。
次に、アモルファスシリコン(a-Si)層14aをホトマスクを介して露光し、エッチングして前記多結晶シリコン層13上に前記非晶質シリコン層14を積層形成し、残部のアモルファスシリコン(a-Si)層14aは除去する(図11参照)。尚、薄膜トランジスタの半導体層は、多結晶シリコン層の単層構造としてもよい。
次に、ソース及びドレイン電極15並びに引き出し端子16を構成するアルミニウム膜16aを図12に示すように前記非晶質シリコン層14を含む表面にスパッタにより成膜する。この材料はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金でも良い。
次に、前記アルミニウム膜16aを加工し、ソース及びドレイン電極15並びに端子部から引き出された金属配線16をそれぞれ形成する。この形成は、図13に示すように前記非晶質シリコン層14に接してゲート電極を挟んだ位置にソース及びドレイン電極15を形成し、又、金属配線16は一端側をゲート配線11の端部に隣接させ、他端側を絶縁基板1a端面まで、即ち図1に示す端子部4まで延在させてそれぞれ形成している。
次に、図14に示すように前記電極15及び引き出し端子16を含む表面を第2の絶縁膜17で覆う。この第2の絶縁膜17はSiN(窒化シリコン)膜からなる絶縁膜である。
次に、ゲート配線11及び金属配線16のそれぞれの上部に第1のコンタクトホール23及び第2のコンタクトホール24を設ける。この第1及び第2のコンタクトホール23、24は、前記ゲート配線11側では、先ず第1のコンタクトホール23を前記第1及び第2の絶縁膜12,17の積層膜にエッチングにより開口231を穿孔して設ける。一方、金属配線16側の第2のコンタクトホール24では第2の絶縁膜17にエッチングにより開口241を穿孔して設ける。これらの開口231,241は同じ工程で穿孔する。
このエッチングは、第2の絶縁膜17(この実施例ではSiN膜)に適したエッチング条件が採用される。これに伴い第1の絶縁膜12がオーバエッチングされて開口231の側壁面には段差が形成される(図15参照)。
次に、前記開口231、241の側壁面を含む表面を有機保護膜18で覆う(図16参照)。
次に、有機保護膜18を加工し、開口231、241の底面にそれぞれゲート配線11と金属配線16の一部がそれぞれ露呈する寸法の孔181、182を設ける(図17参照)。
次に、前記有機保護膜18上を覆う透明導電膜19aを成膜する。この透明導電膜19aはITO膜から構成されている。この透明導電膜19aは図18に示すように前記孔181、182の部分でゲート配線11と金属配線16にそれぞれ導通する構成となっている。
次に、この透明導電膜19aを加工し、図19に示すように、前記開口231に断面が略U字状の第1の透明導電膜19を、又、開口241には断面が略U字状の第1の透明導電膜20をそれぞれ形成する。残部の透明導電膜19aは除去する。尚、絶縁基板1a上に、画素電極及び対向電極が形成される表示装置においては、この透明導電膜19aから、第1の透明導電膜19、20と同時に、対向電極或いは画素電極の何れかを同時に形成してもよい。
次に、前記第1の透明導電膜19、20を含む表面を第3の絶縁膜21で覆う。この第3の絶縁膜21はSiN(窒化シリコン)膜からなる絶縁膜である(図20参照)。
次に、この第3の絶縁膜21を加工し、コンタクトホール23及びコンタクトホール24内の開口231、241の底面にそれぞれ第1の透明導電膜19、20の一部がそれぞれ露呈する寸法の孔211、212を設ける(図21参照)。
次に、前記第3の絶縁膜21上のコンタクトホール23からコンタクトホール24間を連続して覆う第2の透明導電膜22を形成する。この第2の透明導電膜22はITO膜から構成されている(図22参照)。この第2の透明導電膜22は、図22に示すように、前記孔211、212の部分で第1の透明導電膜19、20にそれぞれ導通しており、この導通を含めゲート配線11―第1の透明導電膜19―第2の透明導電膜22―第1の透明導電膜20―金属配線16の経路でゲート配線11と金属配線16とが接続される構成となっている。
このような構成により、エッチングレートの差に起因するコンタクトホール内の段差を量産性を損なうことなく解消でき、高品質の画像表示を可能とした表示装置とその製造方法を提供することができる。
本発明による表示装置の一実施例を示す模式図であり、図1(a)は側面図、図1(b)は図1(a)の平面図である。 図1(b)の要部模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図3(a)は模式平面図、図3(b)は図3(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図4(a)は模式平面図、図4(b)は図4(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図5(a)は模式平面図、図5(b)は図5(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図6(a)は模式平面図、図6(b)は図6(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図7(a)は模式平面図、図7(b)は図7(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図8(a)は模式平面図、図8(b)は図8(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図9(a)は模式平面図、図9(b)は図9(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図10(a)は模式平面図、図10(b)は図10(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図11(a)は模式平面図、図11(b)は図11(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図12(a)は模式平面図、図12(b)は図12(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図13(a)は模式平面図、図13(b)は図13(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図14(a)は模式平面図、図14(b)は図14(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図15(a)は模式平面図、図15(b)は図15(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図16(a)は模式平面図、図16(b)は図16(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図17(a)は模式平面図、図17(b)は図17(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図18(a)は模式平面図、図18(b)は図18(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図19(a)は模式平面図、図19(b)は図19(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図20(a)は模式平面図、図20(b)は図20(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図21(a)は模式平面図、図21(b)は図21(a)のA−A線に沿った模式断面図である。 本発明による表示装置の製造方法を説明する工程図であり、図22(a)は模式平面図、図22(b)は図22(a)のA−A線に沿った模式断面図である。
符号の説明
1・・・背面基板、1a・・・絶縁基板、2・・・前面基板、3・・・シール材、4・・・端子部、11・・・ゲート配線、12・・・第1の絶縁膜、13・・・多結晶シリコン層、14・・・非晶質シリコン層、15・・・ソース・ドレイン電極、16・・・金属配線、17・・・第2の絶縁膜、18・・・有機保護膜、19、20・・・第1の透明導電膜、21・・・第3の絶縁膜、22・・・第2の透明導電膜、23・・・第1のコンタクトホール、24・・・第2のコンタクトホール、TFT・・・薄膜トランジスタ。

Claims (7)

  1. 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電圧を供給する端子部と有する表示装置であって、
    前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と前記ゲート電極と同じ材質で形成されたゲート配線とを有し、
    前記端子部には、金属配線が接続され
    前記ゲート配線の上層には、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜とは材質が異なる第2の絶縁膜とが順に積層され、
    前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、前記ゲート配線を露出する開口を有し、
    前記開口の側壁面は、保護膜と、第1の透明導電膜と、第3の絶縁膜とで順に覆われており、
    前記ゲート配線の露出部の上層には、前記第1の透明導電膜と第2の透明導電膜とが順に積層され、
    前記第2の透明導電膜は、前記金属配線と接続されていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜は、どちらか一方が酸化シリコン膜で、他方が窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記ゲート配線は、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、或いはこれらの金属の何れかを含む合金からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記金属配線は、アルミニウム或いはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記薄膜トランジスタの半導体層は、多結晶シリコン或いは、多結晶シリコンとその上層に形成された非晶質シリコンの積層体からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記絶縁基板と所定の間隙を介して接合した対向基板と、前記間隙に保持された液晶層とを有し、
    前記液晶層に電圧を印加する画素電極と対向電極とが、前記絶縁基板上に形成され、
    前記第1の透明導電膜は、前記対向電極と同層に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記絶縁基板は、表示領域と前記表示領域を囲む周辺領域とを有し、
    前記周辺領域には駆動回路が形成され、
    前記薄膜トランジスタは、前記駆動回路の構成要素であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の表示装置。
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