JP3192813B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アクティブマトリク
ス型液晶表示装置に係わり、特にそのアレイ基板の配線
電極の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】文字や図形などのキャラクター表示用液
晶表示装置としては、アドレス配線電極とデータ配線電
極を交差させ、この交差した各区画を画素とするマトリ
クス型のものが使用されている。そして、各画素に対応
して駆動用スイッチング素子を備えたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置も多用されている。このようなスイ
ッチング素子としては、薄膜トランジスタ（以降ＴＦＴ
と称す）と非線形抵抗素子（ＭＩＭ）が代表的であり、
中でもＴＦＴは高速応答性に優れフルカラー表示に適し
ている。

【０００３】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置のアレイ基板の構成は、例えば、信学技報第92
巻、110 号、19頁に記載されている。即ち、アドレス配
線電極はアルミニウム(Al)とモリブデン・タンタル合金
(Mo ・Ta) の積層構造としてアドレス配線電極と補助容
量配線電極を形成している。その形成方法は、ガラスな
どの絶縁性基板上に、まずスパッタ法によりAlを堆積
し、所定の配線電極の形状にパターニングする。次いで
MoとTAの合金を堆積し、Alのパターンを完全に被覆する
ように加工してアドレス配線電極および補助容量配線電
極を形成する。トランジスタ能動部、画素電極部、デー
タ配線電極およびソース・ドレイン電極を順次形成し、
アクティブマトリクス型液晶表示装置用アレイ基板を構
成する。

【０００４】図３に、このようなＴＦＴ部分の概略断面
構成を、図４にアドレス配線電極部分の概略断面構成を
それぞれ示す。図３および図４において、ガラスからな
る絶縁性基板１上にはゲート電極2a、アドレス（ゲー
ト）配線2b、ゲート絶縁膜3aおよび3b、半導体層４、エ
ッチングストッパ層５、コンタクト層６、画素電極７、
ソース電極８、ドレイン電極９および保護膜10が順次形
成されている。このような構成の基板で、表示面の対角
が13.8インチサイズ、アドレス線の本数が900 本の液晶
表示装置では、画素開口率約30％の良好な表示特性が得
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような液晶表示装
置の表示面は大画面化や高精細化になるに伴い、アドレ
ス配線電極長が長くなり、画素の開口率をほぼ一定にす
るためにアドレス配線電極幅が狭くなる傾向にある。こ
れらの傾向はアドレス配線電極の高抵抗化につながり、
アドレス信号の波形を歪ませ、信号の伝搬遅延を生ずる
ことになる。これは画像の不均一化となって現れ、画質
低下を招くことになる。

【０００６】この対策として、アドレス配線電極および
補助容量配線電極をアルミと高融点金属の積層構造と
し、配線抵抗を低減させ、信号の伝搬遅延を小さくする
ことも考慮された。しかし、このような積層構造ではア
ルミを高融点金属で完全に被覆するためにパターニング
工程が少なくとも２回必要である。これは、アルミをア
ドレス配線電極として単独で使用するには耐熱性および
耐薬品性に劣り、アレイ基板形成のプロセス整合性に欠
けるためである。

【０００７】例えば、アルミを単独で使用した場合、ゲ
ート絶縁膜は基板温度が300 ℃以上で形成されるため、
基板との熱膨脹率の差に起因すると考えられる熱応力に
よりアルミヒロックが発生し、層間絶縁性が著しく損な
われる。このようにアルミをアドレス配線電極として使
用するには、高融点金属で完全に被覆する積層構造が必
要であるため、工程プロセスの複雑化、スループットの
低下を招く。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に形
成されたアドレス配線電極と、このアドレス配線電極に
交差するように配置されたデータ配線電極と、前記アド
レス配線電極に併設された補助容量配線電極と、前記ア
ドレス配線電極と前記データ配線電極によって区画され
た透明画素電極と、この透明画素電極に対応し前記アド
レス配線電極と前記データ配線電極に接続されたスイッ
チング素子とを少なくとも備えたアレイ基板を有する液
晶表示装置において、前記アドレス配線電極および補助
容量配線電極は基板上に形成されたAlまたはAl合金から
なる第１の金属とこの第１の金属の上に積層された高融
点金属およびその合金、例えばTaまたはTa合金からなる
第２の金属とからなり、前記第１の金属の前記データ配
線電極に平行な方向の幅は前記第２の金属の幅よりも大
きい液晶表示装置であり、また、第１の金属の厚さ方向
側面の基板との成す角度が鋭角である液晶表示装置であ
る。

【０００９】

【作用】以上のようなアドレス配線電極および補助容量
配線電極の構成において、例えば、第１の金属としてAl
を膜厚100 nm、この第１の金属の上に積層された高融点
金属としての第２の金属としてMoとTaとの合金層を膜厚
200 nmとした構造の場合、MoとTaとの合金層をドライエ
ッチングでパターン形成した後、Alに通常のウエットエ
ッチングを用いてパターン形成する。この場合は、Alの
サイドエッチングが発生し、ゲート絶縁膜形成後にこの
サイドエッチング部が空洞化し、Alの腐食やステップカ
バレージの不良となる。

【００１０】しかしながら、ドライエッチングによりMo
とTaとの合金層とAl層を連続的にエッチングすることに
より、配線電極の厚さ方向側面の基板との成す角度が鋭
角状のテーパ形状が得られる。このテーパ形状は、Alの
パターンの幅がMoとTaとの合金層のパターン幅よりもそ
の大きさの差が１μｍ以内とすることができる。即ち、
Al層はその側面部で１μｍ以内の露出部を有しているこ
とになる。このような形状では、Al層をMoとTaとの合金
層が完全に被覆する構造とはならないので、以降の熱工
程でのAlヒロックの発生の有無が問題となる。しかし、
Al層の露出部が１μｍ以内であれば、450 ℃以内の熱工
程においてもAlヒロックは発生せず、アレイ基板プロセ
ス上問題なく処理することができる。

【００１１】従って、MoとTaとの合金層がAl層を完全に
被覆する構造と比較して、Al層パターンとMoとTaとの合
金層パターンとの露光合わせズレをあまり考慮しなくて
よいので、Ａｌの配線幅を大きくできる。例えば、従来
のAl層をMoとTaとの合金層が完全に被覆する構造の場合
の配線抵抗が９ＫΩであるのに対し、約半分の4.5 ＫΩ
とすることができる。即ち、換言すれば、配線抵抗を一
定にすれば配線幅を小さくできるので画素の開口率を向
上することも可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１および図
２を用いて詳細に説明する。図１に保護膜タイプの逆ス
タガー型ＴＦＴ部の概略断面を、図２にこの逆スタガー
型ＴＦＴ部を有するアレイ基板の等価回路をそれぞれ示
す。

【００１３】図２において、まず、透明ガラス基板11上
にアドレス配線電極12とデータ配線電極13がマトリクス
状に配設され、補助容量配線電極14がアドレス配線電極
12にほぼ平行に並設して形成されている。これらの配線
電極の各交差部近傍にアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜からなるＴＦＴ15が形成されている。ＴＦＴ15の
ドレイン電極17はデータ配線電極13に接続され、ゲート
電極はアドレス配線電極12と同時一体形成されている。
また、ＴＦＴ15のソース電極には各画素の表示電極16と
液晶容量17および補助容量配線電極と画素電極とで形成
される補助容量18が接続されている。

【００１４】次に、このような図１に示すアレイ基板の
製造工程について説明する。まず、プラズマＣＶＤ法に
よりガラス基板21上にSiOxを成膜する。この上に、スパ
ッタ法により、Al膜22およびMoとTaとの合金膜23をそれ
ぞれ100 nmおよび200 nmの膜厚に連続的に堆積させる。
このとき、Al膜はAl合金、例えば、Cu 1原子％、Si 0.5
原子％を含むAl合金膜でも可能である。

【００１５】この積層膜上に、フォトリソグラフィ法を
用いてゲート電極を含むアドレス配線電極パターンの一
部と補助容量配線電極の一部を形成し、CF4 ＋O2混合ガ
スのケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）を用いて、Mo
とTaとの合金膜23を基板との成す角度が30度以下のテー
パとなるようにエッチングする。この時のエッチング条
件は、O2流量30SCCM、CF4 流量160 SCCM、エッチング圧
30Paである。

【００１６】続いて、例えばCl2 ＋BCl3＋HeのCl2 系混
合ガスのリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）でAl
膜22をエッチングする。この時のエッチング条件は、Cl
2 流量30SCCM、BCl3流量100 SCCM、He流量70SCCM、圧力
15Paである。Al膜の幅はオーバーエッチング時間の制御
により、MoとTaとの合金膜23の幅の大きさよりも１μｍ
以内の大きさとなるよう制御した。上記プロセスによ
り、アドレス配線電極と補助容量配線電極パターンを完
成させる。

【００１７】続いてプラズマケミカルベーパーデポジシ
ョン（ＣＶＤ）法により、SiOx24、SiNx25、アモルファ
スシリコン（a-Si）26、SiNx27の４層を連続堆積する。
そして、上層のSiNx27をパターニングし、前処理を施し
た後、ソース・ドレイン電極のコンタクトとして、Ｎ⁺
型のa-Si膜28をプラズマＣＶＤ法により堆積する。な
お、SiOx膜の替わりに、熱ＣＶＤ法によりSiO2膜を用い
てもよい。

【００１８】次に、a-Si膜をパターニングし、表示電極
となる透明画素電極としてインディウム−ティン−オキ
サイド（ＩＴＯ）膜29を形成しパターニングする。この
電極は補助容量の一方の電極の一部としても使用する。
続いて、アドレス配線パッド部の開口をHF系エッチング
液で形成する。次にスパッタ法により、Cr、Al、Alの３
層を堆積させ、これをデータ配線、ソース電極30および
ドレイン電極31として形成する。この後、ＲＩＥ法によ
りバックチャネル上のＮ⁺ 型のa-Si膜28を除去する。次
に、パッシベーションとして、プラズマＣＶＤ法により
SiNx膜32を形成することにより、液晶表示用アレイ基板
が完成する。

【００１９】このアレイ基板のアドレス配線電極の平均
配線幅は10μｍ、配線長は20cmであったが、アドレス配
線電極の抵抗値は約4.5 ＫΩであり、従来のAl層をMoと
Taとの合金層が完全に被覆する構造の場合の配線抵抗が
９ＫΩであるのに対し、約半分であった。

【００２０】また、アドレス配線電極および補助容量配
線電極上部のMoとTaとの合金層にテーパエッチングを施
すことによって、下層のAl膜に大きなテーパがついてい
なくてもAl膜にヒロックが発生しないので、ゲート絶縁
膜のステップカバレージが良好となり、従来と変わらな
い層間絶縁性が得られた。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アド
レス配線電極および補助容量配線電極として、第１の金
属層および第２の金属層からなる積層構造とし、且つ第
１の金属のデータ配線電極に平行な方向の幅は前記第２
の金属の幅よりも大きくし、さらに第１の金属の厚さ方
向側面の基板との成す角度を鋭角とすることによって、
アドレス配線電極および補助容量配線電極を低抵抗化で
きる。このことから実質的に画素の開口率を大きくする
ことができ、液晶表示装置の大画面化、高精細化を計る
ことができる。また、製造工程的にも、フォトプロセス
が１回で済むことからプロセスの簡略化および高スルー
プット化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のＴＦＴ部の構成を示す概略断
面図。

【図２】図１のＴＦＴ部を有するアレイ基板の等価回路
を示す概略模式図。

【図３】従来のＴＦＴ部の構成を示す概略断面図。

【図４】従来のアドレス配線電極の構成を示す概略断面
図。

【符号の説明】 11…ガラス基板 12…アドレス配線電極 13…データ配線電極 14…補助容量配線電極 15…ＴＦＴ 16…画素電極 22…第１の金属膜 23…第２の金属膜。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されたアドレス配線電極
   と、このアドレス配線電極に交差するように配置された
   データ配線電極と、前記アドレス配線電極に併設された
   補助容量配線電極と、前記アドレス配線電極と前記デー
   タ配線電極によって区画された透明画素電極と、この透
   明画素電極に対応し前記アドレス配線電極と前記データ
   配線電極に接続されたスイッチング素子とを少なくとも
   備えたアレイ基板を有する液晶表示装置において、前記
   アドレス配線電極および補助容量配線電極は基板上に形
   成されたＡｌまたはＡｌ合金からなる第１の金属とこの
   第１の金属の上に積層された第２の金属とからなり、前
   記第１の金属の前記データ配線電極に平行な方向の幅は
   前記第２の金属の幅よりも大きく、その差は１μｍ以内
   とすることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記第１の金属の厚さ方向側面の基板との成す角度は鋭
   角であることを特徴とする液晶表示装置。