JP2006221162A - 表示装置用配線、薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 - Google Patents

表示装置用配線、薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、表示装置用配線及び前記配線を含む薄膜トランジスタ表示板に関する。
【解決手段】本発明は、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する銅合金からなる表示装置用配線、並びに、基板、前記基板上に形成されているゲート線、前記ゲート線と交差するデータ線、前記ゲート線及び前記データ線に接続されている薄膜トランジスタ、及び前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極を含み、前記ゲート線及び前記データ線のうちの少なくとも一つは、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する合金からなる薄膜トランジスタ表示板を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、表示装置用配線及び前記配線を含む薄膜トランジスタ表示板に関する。
液晶表示装置(Liquid Crystal Display)は、現在最も広く使用されている平板表示装置(Flat Panel Display)のうちの一つであって、電極が形成されている二枚の基板とその間に挿入されている液晶層とからなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を再配列させることによって、透過する光の量を調節する表示装置である。
液晶表示装置の中でも現在主に用いられているのは、電界生成電極が二つの表示板に各々備えられている構造である。この中でも、一つの表示板には複数の画素電極が行列状に配列されており、他の表示板には一つの共通電極が表示板の全面を覆っている構造の形態が主流である。このような液晶表示装置での画像の表示は、各画素電極に別途の電圧を印加することによって行われる。このために、画素電極に印加される電圧をスイッチングするための三端子素子である薄膜トランジスタを各画素電極に接続し、この薄膜トランジスタを制御するための信号を伝達するゲート線と、画素電極に印加される電圧を伝達するデータ線とを表示板になす。薄膜トランジスタは、ゲート線を通じて伝達される走査信号に応じて、データ線を通じて伝達される画像信号を画素電極に伝達又は遮断するスイッチング素子としての役割を果たす。また、このような薄膜トランジスタは、自ら発光する素子である能動型有機発光表示素子(Active Matrix Organic Light Emitting Device; AM−OLED)においても、これら各発光素子を個別的に制御するスイッチング素子としての役割を果たす。
このような薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極を含むゲート線、ソース電極を含むデータ線、及びドレイン電極などの材料としてはクロム(Cr)が主に利用された。
しかし、液晶表示装置又は有機発光表示素子の面積が次第に大型化される傾向に伴ってゲート線及びデータ線の長さも長くなるようになり、そのために、従来のクロム配線を利用すると相対的に高い抵抗によって信号遅延などの問題が発生する。
このような問題点を克服するために、低い比抵抗を有する銅(Cu)が大面積液晶表示装置に適した金属として知られているが、銅(Cu)は、ガラス基板との接着性及び下部層又は上部層への拡散問題のため、実際の工程に適用するには信頼性が劣る。
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、低抵抗性及び信頼性を同時に確保できる表示装置用配線及び前記配線を含む薄膜トランジスタ表示板を提供することを目的とする。
本発明による表示装置用配線は、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金からなる。
また、本発明による薄膜トランジスタ表示板は、基板と、前記基板上に形成されたゲート線と、前記ゲート線と交差して形成されたデータ線と、前記ゲート線及び前記データ線に接続された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続されている画素電極とを含み、前記ゲート線及び前記データ線のうちの少なくとも一つは、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金からなる。
また、本発明による薄膜トランジスタ表示板は、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極を含むゲート線と、前記ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された半導体層と、前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層上に形成された抵抗性接触部材と、前記抵抗性接触部材上に形成されており、前記抵抗性接触部材より狭い幅で形成されているソース電極を含むデータ線と、及び前記抵抗性接触部材上に形成されており、前記抵抗性接触部材より狭い幅で形成されており、前記ソース電極と所定の間隔をおいて対向しているドレイン電極と、並びに前記ドレイン電極に接続されている画素電極とを含み、前記ゲート線及び前記データ線のうちの少なくともある一つは、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金からなる。
また、本発明による薄膜トランジスタ表示板の製造方法は、基板上に、ゲート電極を含むゲート線を形成し、前記ゲート線上に、ゲート絶縁膜、半導体層、及び抵抗性接触部材を順に積層して形成し、前記抵抗性接触部材及び前記半導体層をエッチングしてパターニングし、前記絶縁膜及び前記抵抗性接触部材上に、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金層を形成し、前記銅合金層の上部にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンに沿って前記銅合金層をエッチングして、ソース電極を含むデータ線、及び前記ソース電極と所定の間隔をおいて対向しているドレイン電極を形成し、前記フォトレジストパターンを利用して前記抵抗性接触部材をエッチングし、前記ドレイン電極に接続される画素電極をなす。
本発明によれば、銅にモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する銅合金からなる配線を用いることにより、銅の低い比抵抗の利点はそのまま利用しながらも配線の接着性を改善させ、上部膜及び/又は下部膜への拡散を防止することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相違した形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。
図面においては、いろいろな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た。明細書全体を通じて類似な部分については同一図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上にある」とすれば、これは他の部分の「直上にある」場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上にある」とすれば、中間に他の部分がないことを意味する。
まず、図1及び図2を参照して、本発明の一つの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、本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図2は、図1の薄膜トランジスタ表示板をII−II´線によって切断した断面図である。
図1及び図2のように、透明なガラスなどからなる絶縁基板110上に、ゲート信号を伝達する複数のゲート線121が形成されている。ゲート線121は横方向に延びており、各ゲート線121の一部は複数のゲート電極124をなす。また、各ゲート線121の他の一部は下方向に突出して複数の拡張部127を構成し、他の一部は外部回路に接続するためのゲート線の端部129をなす。
ゲート線121は、銅(Cu)を主成分とする銅合金(Cu-alloy)からなる。銅合金は、銅(Cu)と、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する。
銅(Cu)は低い比抵抗を有する金属であって、表示装置の面積が大型化されるに伴って配線の長さが増加する場合にも、他の金属に比べて信号遅延のような問題点を著しく改善させることができる。しかし、銅(Cu)はガラス基板との接着性が不良であるため、配線のリフティング(lifting;持ち上がり)又はピーリング(peeling;剥がれ)が発生する恐れがある。また、銅の高い酸化性のために下部及び/又は上部層へ容易に拡散し、むしろ抵抗を増加させる恐れもある。
本発明ではこのような問題点を解決するために、銅を主成分として、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する銅合金を提供する。
前記銅合金を配線の材料として利用する場合、銅の低抵抗特性をそのまま維持しながらもガラス基板との接着性を改善させることができ、下部及び/又は上部層への拡散も著しく減少させることができる。特に、低抵抗性配線の利点を充分に発揮するためには、前記モリブデン、タングステン又はクロムのような金属は合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。下限0.1重量%は拡散防止特性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以下であると拡散防止をはかることが困難となる。上限3重量%は配線の低抵抗性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以上であると抵抗値が急に増加する。
また、銅合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことができる。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
前記銅合金からなるゲート線121は、約30乃至80度の傾斜角を有するように傾いている。
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(hydrogenated amorphous silicon)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は縦方向に延びており、これから複数の突出部154がゲート電極124に向かって延びて出ている。また、線状半導体層151は、ゲート線121と会う地点の付近で幅が大きくなってゲート線121の広い面積を覆っている。
半導体層151の上部には、シリサイド(silicide)又はn型不純物が高濃度にドーピングされているn水素化非晶質シリコンなどの物質からなる複数の線状及び島型抵抗性接触部材161、165が形成されている。線状接触部材161は複数の突出部163を有しており、前記突出部163と島型接触部材165は対をなして半導体151の突出部154の上に位置している。
半導体層151と抵抗性接触部材161、165の側面もまた傾いており、その傾斜角は基板110に対して約30乃至80゜である。
抵抗性接触部材163、165及びゲート絶縁膜140の上には、各々複数のデータ線171、複数のドレイン電極175、及び複数のストレージキャパシタ用導電体177が形成されている。
データ線171は、縦方向に延びてゲート線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に向かって延びた複数の枝がソース電極173をなす。一対のソース電極173とドレイン電極175は互いに分離されており、ゲート電極124に対して互いに反対側に位置している。
ソース電極173を含むデータ線171、ドレイン電極175、及びストレージキャパシタ用導電体177は、銅(Cu)を主成分とする銅合金からなる。銅合金は、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する。
前述のように、銅(Cu)は低い比抵抗を有する金属であって、表示装置の面積が大型化されるに伴って配線の長さが増加する場合にも、他の金属に比べて信号遅延のような問題点を著しく改善させることができる。しかし、銅は高い酸化性を有するため、下部及び/又は上部層へ容易に拡散する。このために、半導体層151と画素電極190との間に位置するデータ線171の場合、下部の半導体層151と上部の画素電極190へ拡散することがある。
本発明ではこのような問題点を解決するために、銅を主成分として、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含有する銅合金を提供する。
銅合金を配線の材料に利用する場合、銅の低抵抗特性をそのまま維持しながらも下部及び/又は上部への拡散も著しく減少させることができるので、低抵抗性配線への利点を極大化することができる。
特に、低抵抗性配線の利点を充分に発揮するためには、前記モリブデン、タングステン又はクロムのような金属は合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。下限0.1重量%は拡散防止特性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以下であると拡散防止をはかることが困難となる。上限3重量%は配線の低抵抗性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以上であると抵抗値が急に増加する。
また、前記合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むのがさらに望ましい。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
データ線171、ドレイン電極175、及びストレージキャパシタ用導電体177の側面、は約30乃至80度の傾斜角を有するように形成されている。
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(Thin Film Transistor、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との間の突出部154に形成されている。ストレージキャパシタ用導電体177はゲート線121の拡張部127と重なっている。
抵抗性接触部材161、165は、その下部の半導体層154とその上部のソース電極173及びドレイン電極175の間に存在し、接触抵抗を低くする役割を果たす。特に、本発明において、抵抗性接触部材の突出部163及び島型抵抗性接触部材165は、ソース電極173及びドレイン電極175下部でソース電極173及びドレイン電極175より広い領域に形成されており、図2のように、チャネル領域でのその断面構造は、ソース電極173及びドレイン電極175より突出した形態に形成されている。
線状半導体層151は、ソース電極173とドレイン電極175との間を始めとしてデータ線171及びドレイン電極175に覆われずに露出された部分を有しており、大部分の領域で線状半導体層151の幅がデータ線171の幅より小さいが、前述のように、ゲート線121と会う部分で幅が大きくなってデータ線171の断線を防止する。
データ線171、ドレイン電極175、ストレージキャパシタ用導電体177、及び露出された半導体層151の上には、平坦化特性が優れており、感光性を有する有機物質、プラズマ化学気相蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition、PECVD)で形成されるa−Si:C:O、a−Si:O:Fなどの低誘電率絶縁物質、又は無機物質である窒化ケイ素(SiNx)などからなる保護膜180が単一層又は複数層で形成されている。例えば、有機物質で形成する場合には、ソース電極173とドレイン電極175との間の半導体層154が露出された部分で保護膜180の有機物質が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(SiO)からなる絶縁膜(図示せず)が追加的に形成されてもよい。
保護膜180には、ゲート線121の端部129、ドレイン電極175、ストレージキャパシタ用導電体177、及びデータ線171の端部179を各々露出させる複数の接触孔181、185、187、182が形成されている。
保護膜180の上には、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。
画素電極190は、接触孔181、185、187、182を介してドレイン電極175、ストレージキャパシタ用導電体177、及びデータ線171と各々物理的・電気的に接続されてドレイン電極175からデータ電圧の印加を受け、ストレージキャパシタ用導電体177にデータ電圧を伝達する。
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他の表示板(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させる。
また、前述のように、画素電極190と共通電極(図示せず)は液晶キャパシタ(liquid crystal capacitor)を構成して、薄膜トランジスタが遮断された後にも印加された電圧を維持するが、電圧維持の能力を強化するために液晶キャパシタと並列に接続された他のキャパシタを設け、これを「ストレージ電極(storage electrode)」という。ストレージ電極は、画素電極190及びこれと隣接するゲート線121[これを「前段ゲート線」という]の重なりなどで形成され、ストレージ電極の静電容量、つまり、保持容量を増やすためにゲート線121を拡張した拡張部127を設けて重なり面積を大きくする一方、画素電極190に接続され、拡張部127と重なるストレージ電極用導電体177を保護膜180の下に設けて二つの間の距離を近くする。
低誘電率有機物質で保護膜180をなす場合には、画素電極190を隣接するゲート線121及びデータ線171と重ねて開口率(aperture ratio)を高めることができる。
接触補助部材81、82は、接触孔181、182を介してゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179に各々接続される。この接触補助部材81、82はゲート線121及びデータ線171の端部と駆動集積回路のような外部装置との接着性を補完し、これらを保護する。
以下、図1及び図2に示した前記薄膜トランジスタ表示板を本発明の一実施例によって製造する方法について、図3A乃至図7Bと図1及び図2を参照して詳細に説明する。
図3A、図4A、図5A、及び図7Aは、図1及び図2に示した薄膜トランジスタ表示板を本発明の一実施例によって製造する方法の中間段階での薄膜トランジスタ表示板を順に羅列した配置図であり、図3Bは、図3AのIIIB−IIIB´線に沿って切断した断面図であり、図4Bは、図4AのIVB−IVB´線に沿って切断した断面図であり、図5Bは、図5AのVB−VB´線に沿って切断した断面図であり、図6は、図5Bに連続する工程による断面図であり、図7Bは、図7AのVIIB−VIIB´線によって切断した断面図である。
まず、図3A及び図3Bに図示したように、透明ガラスなどの絶縁基板110上に銅合金層を形成する。
銅合金層は、銅を主成分として、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含む。
前記モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれている。
また、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含んでもよい。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
続いて、銅合金層をエッチング液を利用した湿式エッチングでパターニングする。この場合、銅合金層は純粋の銅層と違い、過酸化水素(H)エッチング液又はリン酸50乃至80%、硝酸2乃至10%、酢酸2乃至15%、及び残量の脱塩水を含むアルミニウムエッチング液又はクロムエッチング液を使用するのが望ましい。
したがって、複数のゲート電極124、複数の拡張部127、及び外部回路に接続するためのゲート線の端部129を含むゲート線121が形成される。
その次に、図4A及び図4Bに図示したように、ゲート電極124を含むゲート線121を覆うように、窒化ケイ素(SiNx)又は酸化ケイ素(SiO)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乃至500℃、厚さは約200乃至500nm程度であるのが好ましい。
そして、ゲート絶縁膜140上に真性非晶質シリコン層及び不純物がドーピングされた非晶質シリコン層の3層膜を連続して積層し、不純物がドーピングされた非晶質シリコン層と真性非晶質シリコン層を写真エッチングして、複数の突出部154と複数の不純物半導体パターン164を各々含む線状の真性半導体層151を形成する。
次に、図5A及び図5Bに図示したように、不純物がドーピングされた非晶質シリコン層161上に、同時スパッタリングなどの方法で、銅を主成分としてモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含む銅合金層を形成する。この場合、銅合金層は約300nm程度の厚さで形成し、スパッタリング温度は約150℃程度で行う。
その次に、銅合金層上にフォトレジストを塗布した後に露光及び現像して、フォトレジストパターンを形成する。
次に、前記フォトレジストパターンを利用して銅合金層をエッチングする。ここで使用されるエッチング液としては、例えば、過酸化水素(H)エッチング液、又はリン酸50乃至80%、硝酸2乃至10%、酢酸2乃至15%、及び残量の脱塩水を含むアルミニウムエッチング液又はクロムエッチング液を利用してもよい。
このようにして、ソース電極173、ドレイン電極175、ストレージキャパシタ用導電体177、及びデータ線の端部179が形成される。
次に、前記フォトレジストパターンを除去しない状態で、前記フォトレジストパターンをマスクとしてチャネル領域に露出された不純物半導体層161、165部分を乾式エッチングする。ここで用いる乾式エッチングとは、塩素ガス(Cl)を利用したプラズマエッチングである。
この場合、フォトレジストパターンをマスクとして乾式エッチングを行うので、不純物半導体層の突出部163と島型抵抗性接触部材165はソース電極173及びドレイン電極175より広い領域が露出される。
前記のように、データ線171形成時に利用したフォトレジストパターンを利用して下部の不純物半導体層161、165をエッチングすることにより、乾式エッチング時に銅合金層に塩素ガス(Cl)が直接接触されることを防止することができる。
したがって、図6のように、複数の突出部163を各々含む複数の線状抵抗性接触部材161と複数の島型抵抗性接触部材165を完成する一方、その下の真性半導体154部分を露出させる。
また、露出された真性半導体154部分の表面を安定化させるために酸素(O)プラズマを実施するのが好ましい。
次に、図7A及び図7Bに図示したように、平坦化特性が優れていて感光性を有する有機物質、プラズマ化学気相蒸着(PECVD)で形成されるa−Si:C:O、a−Si:O:Fなどの低誘電率絶縁物質、又は無機物質である窒化ケイ素(SiNx)などを単一層又は複数層で形成して保護膜180を形成する。
その次に、保護膜180上にフォトレジストを塗布した後、光マスクを通して感光膜に光を照射した後に現像する。次に、酸素(O)によって銅合金層が酸化されることを防止するために、CF又はSFのようなフッ素系ガスとNガスを利用した乾式エッチングを行う。最後に、フォトレジストパターンを除去することによって、複数の接触孔181、185、187、182を形成する。
その次に、最後に図1及び図2に図示したように、基板上にITO又はIZOをスパッタリングで積層し、写真エッチング工程で複数の画素電極190と複数の接触補助部材81、82を形成する。
以下では、有機発光表示素子用薄膜トランジスタ表示板について、図8乃至図24Bを参照して詳細に説明する。
図8は、本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の構造を示した配置図であり、図9A及び図9Bは、図8の薄膜トランジスタ表示板をIXA−IXA´及びIXB−IXB´線によって切断した断面図である。
ガラス基板の絶縁基板110上に、ゲート信号を伝達する複数のゲート線121が形成されている。ゲート線121は横方向に延びており、各ゲート線121の一部は突き出されて複数の第1ゲート電極124aをなす。また、ゲート線121と同一層で第2ゲート電極124bが形成されており、第2ゲート電極124bには、縦方向に延びた維持電極133が接続されている。
ゲート線121、第1及び第2ゲート電極124a、124b、及び維持電極133は、銅(Cu)を主成分とする銅合金からなる。銅合金は、銅(Cu)と、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する。
銅(Cu)は低い比抵抗を有する金属であって、表示装置の面積が大型化されるに伴って配線の長さが増加する場合にも他の金属に比べて信号遅延のような問題点を著しく改善させることができる。しかし、銅(Cu)はガラス基板との接着性が不良であって配線のリフティング又はピーリングが発生する恐れがある。また、銅は、高い酸化性によって下部及び/又は上部層へ容易に拡散し、むしろ抵抗を増加させる恐れもある。
本発明ではこのような問題点を解決するために、銅を主成分として、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含有する銅合金を提供する。
前記銅合金を配線の材料に利用する場合、銅の低抵抗特性をそのまま維持しながらもガラス基板との接着性を改善させることができ、下部及び/又は上部層への拡散も著しく減少させることができる。したがって、低抵抗性配線への利点を極大化することができる。
特に、低抵抗性配線の利点を充分に発揮するためには、前記モリブデン、タングステン又はクロムのような金属は合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。下限0.1重量%は拡散防止特性考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以下であると拡散防止をはかることが困難となる。上限3重量%は配線の低抵抗性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以上であると抵抗値が急に増加する。
また、銅合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことができる。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
ゲート線121と維持電極133の側面は傾いており、傾斜角は基板110に対して30乃至80度をなす。
ゲート線121の上には、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151と島型半導体154bが形成されている。線状半導体151は縦方向に延びており、これから複数の突出部が第1ゲート電極124aに向かって延びて、第1ゲート電極124aと重なる第1チャンネル部154aをなす。また、線状半導体151は、ゲート線121と会う地点の付近で幅が拡張されている。島型半導体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、維持電極133と重なる維持電極部157を有する。
線状半導体151及び島型半導体154bの上部には、シリサイド又はn型不純物が高濃度にドーピングされているn水素化非晶質シリコンなどの物質からなる複数の線状及び島型抵抗性接触部材161、165a、163b、165bが形成されている。線状接触層161は複数の突出部163aを有しており、この突出部163aと島型接触層165aは対をなして線状半導体151の突出部154a上に位置する。また、複数の突出部163b及び島型接触層165bは第2ゲート電極124bを中心に対向して対をなし、島型半導体154bの上部に位置する。
半導体151、154bと抵抗性接触部材161、165a、163b、165bの側面もまた傾いており、傾斜角は30乃至80度である。
抵抗性接触部材161、165a、163b、165b及びゲート絶縁膜140の上には、各々複数のデータ線171、複数の第1ドレイン電極175a、複数の電源線172、及び第2ドレイン電極175bが形成されている。
データ線171及び電源線172は縦方向に延びてゲート線121と交差し、データ電圧と電源電圧を各々伝達する。各データ線171で第1ドレイン電極175aに向かって延びた複数の枝が第1ソース電極173aをなし、各電源線172で第2ドレイン電極175bに向かって延びた複数の枝が第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は互いに分離されており、各々第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。
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は島型半導体154bと共に駆動用薄膜トランジスタをなす。この時、電源線172は島型半導体154bの維持電極部157と重なっている。
データ線171、第1及び第2ドレイン電極175a、175b、及び電源線172は、銅(Cu)を主成分とする銅合金からなる。銅合金は、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含む。
前述のように、銅(Cu)は低い比抵抗を有する金属であって、表示装置の面積が大型化されるに伴って配線の長さが増加する場合にも他の金属に比べて信号遅延のような問題点を著しく改善させることができる。しかし、銅は高い酸化性を有するために下部及び/又は上部層へ容易に拡散する。このために、半導体層151と画素電極190との間に位置するデータ線171の場合、下部の半導体層151と上部の画素電極190へ拡散する恐れがある。
本発明ではこのような問題点を解決するために、銅を主成分としてモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含有する銅合金を提供する。
銅合金を配線の材料に利用する場合、銅の低抵抗特性をそのまま維持しながらも下部及び/又は上部への拡散も著しく減少させることができるので、低抵抗性配線への利点を極大化することができる。
特に、低抵抗性配線の利点を充分に発揮するためには、前記モリブデン、タングステン又はクロムのような金属は合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。下限0.1重量%は拡散防止特性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以下であると拡散防止をはかることが困難となる。上限3重量%は配線の低抵抗性を考慮して決められたものであり、この数値は臨界的な数値であり、これ以上であると抵抗値が急に増加する。
また、前記合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことができる。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
データ線171、第1及び第2ドレイン電極175a、175b、及び電源線172もゲート線121と同様に、その側面が約30乃至80度の角度で各々傾いている。
抵抗性接触部材161、163b、165a、165bは、その下部の線状半導体151及び島型半導体154bとその上部のデータ線171、第1ドレイン電極175a、175b、電源線172の間に存在して接触抵抗を低くする役割を果たす。
また、図9A及び図9Bのように、複数の突出部163aと島型接触層165aは、上部の第1ソース電極173aと第1ドレイン電極175aより広い領域に形成されている。また、複数の突出部165aと島型接触層165bは、上部の第2ソース電極173bと第2ドレイン電極175bより広い領域に形成されている。
線状半導体151は第1ソース電極173aと第1ドレイン電極175aとの間、データ線171及び第1ドレイン電極175aに覆われない露出された部分を有しており、大部分の領域では線状半導体151の幅がデータ線171の幅より小さいが、前述のようにゲート線121と会う部分で幅が大きくなって、ゲート線121による段差部分でデータ線171が断線することを防止する。
データ線171、第1及び第2ドレイン電極175a、175b、電源線172と露出された半導体151、154b部分の上には、平坦化特性が優れており、感光性を有する有機物質又はプラズマ化学気相蒸着(PECVD)で形成されるa−Si:C:O、a−Si:O:Fなどの低誘電率絶縁物質などからなる保護膜180が形成されている。
保護膜180を有機物質で形成する場合には、線状半導体151及び島型半導体154bが露出され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(SiO)からなる無機絶縁膜が追加的に形成されることができる。
保護膜180には、第1ドレイン電極175a、第2ゲート電極124b、第2ドレイン電極175b、及びゲート線の端部129とデータ線の端部179を各々露出させる複数の接触孔189、183、185、181、182が形成されている。
保護膜180上には、ITO又はIZOからなる複数の画素電極190、複数の接続部材192、及び複数の接触補助部材81、82が形成されている。
画素電極190は、接触孔185を介して第2ドレイン電極175bと各々物理的・電気的に接続されており、接続部材192は、接触孔189、183を介して第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を介してゲート線の端部129及びデータ線の端部179に各々接続されている。
保護膜180の上部には、有機絶縁物質又は無機絶縁物質からなっており、有機発光セルを分離させるための隔壁803が形成されている。この隔壁803は、画素電極190の周縁の周辺を囲んで有機発光層70が充填される領域を限定する。
隔壁803に囲まれた画素電極190上の領域には発光層70が形成されている。発光層70は、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)のうち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)の発光材料が順に反復的に配置されている。
又は、隔壁803に囲まれた画素電極190上の領域に正孔注入層(図示せず)が形成された後、正孔注入層の上に発光層70が形成されてもよい。この場合、正孔注入層は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)で形成されてもよい。
隔壁803上には、隔壁803と同一な模様のパターンからなり、低い比抵抗を有する導電物質からなる補助電極272が形成されている。補助電極272は、以降に形成される共通電極270と接触して共通電極270の抵抗を減少させる役割を果たす。
隔壁803、発光層70、及び補助電極272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(Al)などの低い抵抗性を有する金属からなる。本実施例では背面発光型有機発光表示素子を例示しているが、前面発光型有機発光表示素子又は両面発光型有機発光表示素子の場合には、共通電極270がITO又はIZOなどの透明な導電物質で形成されてもよい。
以下、図8乃至図9Bに示した有機発光表示素子を製造する方法について、図10乃至図24Bを参照して詳細に説明する。
まず、図10乃至図11Bのように、透明ガラス又はプラスチック素材などからなる絶縁基板110上にゲート用金属層を積層する。
ゲート用金属層は、銅(Cu)を主成分としてモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含有する銅合金層で形成する。ここで、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属は銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれている。また、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことができる。この場合、前記金属は、合金の総重量に対して0.1乃至3重量%で含まれているのが好ましい。
続いて、エッチング液を利用して銅合金層をエッチングして、複数のゲート電極124aを含むゲート線121、第2ゲート電極124b、及び維持電極133を形成する。ここで、銅合金層は純粋な銅層とは違い、過酸化水素(H)エッチング液又はリン酸50乃至80%、硝酸2乃至10%、酢酸2乃至15%、及び残量の脱塩水を含むアルミニウムエッチング液又はクロムエッチング液を使用することができる。
次に、図12乃至図13Bに図示したように、ゲート絶縁膜140、真性非晶質シリコン層、及び不純物非晶質シリコン層の3層膜を連続して積層し、不純物非晶質シリコン層と真性非晶質シリコン層を写真エッチングして、複数の線状不純物半導体164と複数の突出部154aを各々含む線状半導体151及び島型半導体154bをなす。ゲート絶縁膜140の材料としては窒化ケイ素(SiNx)が好ましく、積層温度は約250乃至500℃、厚さは約200乃至500nm程度が好ましい。
次に、図14A及び図14Bに図示したように、不純物半導体164上に、共同スパッタリングなどの方法で、銅(Cu)を主成分としてモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含む銅合金層を形成する。この場合、銅合金層は約300nm程度の厚さで形成し、スパッタリング温度は約150℃程度である。
その次に、銅合金層の上にフォトレジストを塗布した後に露光及び現像して、フォトレジストパターンを形成する。
次に、前記フォトレジストパターンを利用して銅合金層をエッチングする。ここで使用されるエッチング液としては、例えば、過酸化水素(H)エッチング液又はリン酸50乃至80%、硝酸2乃至10%、酢酸2乃至15%、及び残量の脱塩水を含むアルミニウムエッチング液又はクロムエッチング液を利用することができる。
このようにして、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を形成する。
次に、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上部のフォトレジストパターンを除去しない状態で、前記フォトレジストパターンをマスクとして、露出された不純物半導体164部分を乾式エッチングする。ここで用いる乾式エッチングは、塩素ガス(Cl)を利用したプラズマエッチングである。前記のように、データ線171形成時に利用したフォトレジストパターンを利用して下部の不純物半導体164をエッチングすることによって、乾式エッチング時に銅合金層に塩素ガス(Cl)が直接接触することを防止することができる。
この場合、フォトレジストパターンをマスクとして乾式エッチングを行うので、図16A及び図16Bに示されているように、それぞれの複数の突出部163a、163bと島型抵抗性接触部材165a、165bは上部のソース電極173a、173bとドレイン電極175a、175bより広い領域に形成され、チャネル領域でその断面構造は、ソース電極173a、173bとドレイン電極175a、175bより突出した構造を示す。
このようにして、複数の突出部163aを各々含む複数の線状抵抗性接触部材161と複数の島型抵抗性接触部材165a、165b、163bを完成する一方、その下の線状真性半導体151及び島型真性半導体154bの一部分を露出させる。
次に、真性半導体151、154bの露出された表面を安定化させるために酸素プラズマを次いで実施する。
次に、図17乃至図18B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を形成し、写真工程で乾式エッチングして複数の接触孔189、185、183、181、182を形成する。接触孔189、185、183、181、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乃至図20Bに図示したように、画素電極190、接続部材192、及び接触補助部材81、828をITO又はIZOで形成する。
次に、図21乃至図22Bのように、一つのマスクを利用した写真エッチング工程で隔壁803と補助電極272を形成する。
次いで、図23乃至図24Bに図示したように、正孔注入層(図示せず)上に発光層70を形成する。
最後に、発光層70上に共通電極270を形成する。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者のいろいろな変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
低抵抗性及び信頼性を同時に確保できる表示装置用配線及び前記配線を含む薄膜トランジスタ表示板を提供することができる。
本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。 図1の薄膜トランジスタ表示板をII−II´線によって切断した断面図である。 本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造工程中の平面図である。 図3AのIIIB−IIIB´線に沿って切断した断面図である。 本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造工程中の平面図である。 図4AのIVB−IVB´線に沿って切断した断面図である。 本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造工程中の平面図である。 図5AのVB−VB´線に沿って切断した断面図である。 図5Bに連続する工程による断面図である。 本発明の一つの実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造工程中の平面図である。 図7AのVIIB−VIIB´線によって切断した断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の構造を示した配置図である。 図8の薄膜トランジスタ表示板をIXA−IXA´線によって切断した断面図である。 図8の薄膜トランジスタ表示板をIXB−IXB´線によって切断した断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の平面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。 本発明の一つの実施例による有機発光表示素子の製造工程中の断面図である。
符号の説明
70 有機発光層
81、82 接触補助部材
110 絶縁基板
121 ゲート線
124 ゲート電極
124a 第1ゲート電極
124b 第2ゲート電極
127 拡張部
129 ゲート線の端部
133 維持電極
140 ゲート絶縁膜
151 線状半導体層
154、163、163a 突出部
154a 第1チャネル部
154b 島型半導体
157 維持電極部
161、163b、165a、165b 抵抗性接触部材
164 島型抵抗性接触部材
165 不純物半導体層
171 データ線
172 電源線
173 ソース電極
173a 第1ソース電極
173b 第2ソース電極
175 ドレイン電極
175a 第1ドレイン電極
175b 第2ドレイン電極
177 ストレージキャパシタ用導電体
179 データ線の端部
180 保護膜
181、182、183、185、187、189 接触孔
190 画素電極
192 接続部材
272 補助電極
803 隔壁

Claims (15)

  1. 銅(Cu)、並びにモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する銅合金からなることを特徴とする、表示装置用配線。
  2. 前記モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれていることを特徴とする、請求項1に記載の表示装置用配線。
  3. 前記表示装置用配線は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに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。
  4. 基板と、
    前記基板上に形成されたゲート線と、
    前記ゲート線と交差して形成されたデータ線と、
    前記ゲート線及び前記データ線に接続された薄膜トランジスタと
    前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを含み、
    前記ゲート線及び前記データ線のうちの少なくとも一つは、銅(Cu)と、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金からなることを特徴とする、薄膜トランジスタ表示板。
  5. 前記モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれていることを特徴とする、請求項4に記載の薄膜トランジスタ表示板。
  6. 前記銅合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の薄膜トランジスタ表示板。
  7. 前記アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含ま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。
  8. 基板と、
    前記基板上に形成された、ゲート電極を含むゲート線と、
    前記ゲート線上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された半導体層と、
    前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層上に形成されたソース電極を含むデータ線、及び前記ソース電極と所定の間隔をおいて対向しているドレイン電極と、
    前記ソース電極及び前記ドレイン電極の下部に形成された、前記ソース電極とドレイン電極より広い領域に形成された抵抗性接触部材と、
    前記ドレイン電極に接続された画素電極とを含み、
    前記ゲート線及び前記データ線のうちの少なくとも一つは、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金からなることを特徴とする、薄膜トランジスタ表示板。
  9. 前記モリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれていることを特徴とする、請求項8に記載の薄膜トランジスタ表示板。
  10. 前記銅合金は、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属をさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の薄膜トランジスタ表示板。
  11. 前記アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、及びタンタル(Ta)から選択された少なくとも一つの金属は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれていることを特徴とする、請求項10に記載の薄膜トランジスタ表示板。
  12. 基板上に、ゲート電極を含むゲート線を形成し、
    前記ゲート線上に、ゲート絶縁膜、半導体層、及び抵抗性接触部材を順に形成し、
    前記抵抗性接触部材及び前記半導体層をエッチングしてパターニングし、
    前記絶縁膜及び前記抵抗性接触部材上に、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属とを含有する銅合金層を形成し、
    前記銅合金層の上部にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンに沿って前記銅合金層をエッチングして、ソース電極を含むデータ線及び前記ソース電極と所定の間隔をおいて対向しているドレイン電極を形成し、
    前記フォトレジストパターンを利用して前記抵抗性接触部材をエッチングし、
    前記ドレイン電極に接続される画素電極を形成することを特徴とする、薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
  13. 前記ゲート線は、銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)から選択された少なくとも一つの金属を含有する銅合金層で形成することを特徴とする、請求項12に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
  14. 前記銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれてい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。
  15. 前記銅(Cu)とモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びクロム(Cr)は、銅合金の総重量に対して0.1乃至3重量%含まれていることを特徴とする、請求項12に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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