JP4707263B2 - 薄膜トランジスタ液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ液晶表示装置に関し、さらには絶縁膜を介して下部のドレイン電極と接続する画素電極で反射膜を有する反射型又は反射透過型薄膜トランジスタ液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ液晶表示装置は、画素電極の反射及び透明度によって反射型と透過型に分けられ、部分的には反射領域と透過領域を有する半透過型をなすこともできる。画素電極に液晶の配列を調節する電圧を印加するために画素電極は、何の形態であれ画素毎に形成される薄膜トランジスタのドレイン電極と連結される。普通、画素電極は、薄膜トランジスタのドレイン電極と、層間絶縁膜に形成されたビア（ｖｉａ）というコンタクトを通じて連結される。
【０００３】
液晶表示装置の特性上、透過型の場合、画素電極は透明電極のインジウム錫酸化物（ITO）を使用する。この物質は配線金属で幅広く使用されるアルミと接すると、アルミを酸化させて界面に絶縁性酸化膜を形成し、画素電極に電圧を印加するのに問題を発生する場合がある。従って、透過型液晶表示装置ではドレイン電極を形成する時、アルミ含有金属上に酸化に強いタングステンモリブデン、クロム等を付加した２重層で形成したり、クロム等の単一層で形成したりする。
【０００４】
一方、反射型の場合、画素電極でアルミ、アルミネオジム（ＡｌＮｄ）を一番幅広く使用する。しかし、このような場合にもドレイン電極の使用範囲が制限される。図１を参照すると、ソース／ドレイン電極２１，２１’としてアルミのように酸化されやすい金属を使用する場合が示されている。ソース／ドレイン電極上に保護膜（大抵、感光性有機絶縁膜：２３）を積層し、画素電極２７との連結のためのビアホールを形成する。この時、ビアホールの形成のための現像過程及び洗浄過程でビアホールによって現れたソース／ドレイン電極２１，２１’のアルミ表面に酸化膜２５が形成される。酸化膜２５はソース／ドレイン電極２１，２１’と画素電極２７の間でコンタクト抵抗を高める問題を発生させる。
【０００５】
このような問題を防止するために、図２のように、ドレイン電極上部２１２’をタングステンモリブデン等の酸化耐性が強い金属で使用する場合、画素電極２７をなすアルミ含有反射膜とドレイン電極上部２１２’の金属の間に電気陰性度の差によって、化学電池での反応と類似した反応（ｂａｔｔｅｒｙ ｅｆｆｅｃｔ）が発生できる。例えば、シリコンとアルミ界面で発生するスパイク（ｓｐｉｋｅ）現象と類似に、界面にボイド２９が発生され得る。又、界面に発生されたボイド２９へ周辺のアルミ層が陥没され、界面周囲の段差部分（ｓｔｅｐｐｅｄｐａｒｔ）のアルミ含有反射膜にクラック３１が発生したり、他のアルミ含有反射膜が損傷される現象が発生することがある。ボイド２９とクラック３１は共に、画素電極２７とドレイン電極２１’の間のコンタクト抵抗を高める問題がある。この時、問題になるバッテリ効果は２つの金属の間の電気陰性度の差に比例することだけでなく、接触する２つの金属の表面積の差に比例する特徴がある。普通、ドレイン電極は画素電極に比べて表面積が小さいので、バッテリ効果はさらに拡大され、コンタクト抵抗も非常に高くなる。
【０００６】
しかし、反射板又は画素電極としてタングステンモリブデン又はクロムを使用するのは反射度と導電性を低める問題があるので望ましくない。従って、反射板の反射度と導電性を高く維持しながら、バッテリ効果又はドレイン電極の表面酸化による画素電極とドレイン電極界面のコンタクト抵抗増加を抑制できる薄膜トランジスタ液晶表示装置が要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するためのものであり、反射板の反射度と導電性を高く維持しながら、画素電極とドレイン電極界面のバッテリ効果を抑制できる薄膜トランジスタ液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
又、本発明は反射板の反射度と導電性を高く維持しながら、画素電極とドレイン電極界面に絶縁性酸化膜が発生するのを防止できる薄膜トランジスタ液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
結果的に、本発明は反射板の反射度と導電性を高く維持しながら、画素電極とドレイン電極界面のコンタクト抵抗増加を効果的に防止できる薄膜トランジスタ液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するための本発明の薄膜トランジスタ液晶表示装置は、反射膜を有する薄膜トランジスタ液晶表示装置において、画素電極全面にかけて画素電極をなす反射膜を多重導電膜で形成することを特徴とする。望ましくは、ドレイン電極の上部に酸化度が低い金属を使用し、前記金属と接する反射膜下部に前記金属と電気陰性度の差が低い金属を使用し、反射膜上部にアルミ含有金属を使用することを特徴とする。
【００１１】
本発明で、反射膜下層の金属はドレイン電極上部の金属と同一な金属を使用するのが望ましく、普通、タングステンモリブデン、クロム等を使用できる。アルミ含有金属は、普通純粋アルミ又はアルミネオジムを使用する。従って、反射膜は、ドレイン電極上部に使用された金属を下層として積層し、続いてアルミ等の反射金属を上層として積層した後、これらを連続的にパターニングする方法によって形成する。しかし、反射膜が２重層で限定されているのはない。即ち、バッテリ効果を効果的に抑制するために必要な場合、先ずドレイン電極上部に使用された金属を下層として積層し、中間金属膜を中間層として積層した後、アルミ等の反射金属膜を上層として積層し、パターニングできる。中間金属膜としては、例えば、クロム（Ｃｒ）層を用いることができる。
【００１２】
そして、普通ドレイン金属はソース電極及びソース電極につながるデータラインと同一な導電層で形成され、データラインの抵抗に従う信号電圧降下を防止するために導電性が大きいことが要求される。従って、ドレイン金属は導電性を高めるために、アルミ層上に酸化防止のためのクロム又はタングステンモリブデンを付加して使用したり、活性領域のシリコンとの接触のよるスパイク現象を防止するために、アルミ層下にクロム又はタングステンモリブデンをさらに付加して３重層で形成するのが望ましい。又、ドレイン電極をデータラインと同様に３重層で形成する場合、パターニング過程でアルミ含有層と共にパターニングするのに容易であるので、クロムよりはタングステンモリブデンを利用するのが望ましい。
【００１３】
本発明によると、ドレイン電極上部と画素電極の反射膜下部が同一な金属又は電気陰性度の差が低い金属でなされるので、これらの間のバッテリ効果は無視できる。又、２重層を有する反射膜で下部金属層と上部金属層が同一なパターニング工程によって同一な面積を有するように同時に形成されるので、たとえ２つの金属層の間に電気陰性度の差があっても、面積の差によるバッテリ効果を防止できる。結果的に、ドレイン電極と反射膜の間のバッテリ効果の大部分が抑制され、コンタクト界面のスパイク現象又は界面周辺のクラックは防止され得る。
【００１４】
又、ドレイン電極上部の金属として酸化に対して耐性が強い金属を使用することによって、ドレイン電極表面が酸化性のある洗浄液及び現像液、他の酸化性環境に露出される場合にも、表面に絶縁性酸化膜が形成されてコンタクト抵抗を高めるのを防止できる。
上記の薄膜トランジスタは、トップゲートポリシリコン型薄膜トランジスタで形成することができる。また、絶縁膜は、感光性有機絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁膜上面にマイクロレンズの役割をできる小突起を形成する場合には、反射膜による就航率を高めうる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図３は本発明の一例であり、トップゲートポリシリコン型薄膜トランジスタ液晶表示装置の個別画素部構成要素のレイアウトを示す平面図である。図３を参照すると、本発明の液晶表示装置の個別画素部は、普通の反射型又は透過型薄膜トランジスタ液晶表示装置と同一になされる。即ち、半導体層活性領域パターン１３、活性領域パターン１３上に形成されたゲート絶縁膜（図示しない）、ゲート絶縁膜上に形成され、活性領域パターン１３を横切って２部分に分割するゲート電極を含むゲート配線１７を有する薄膜トランジスタが備えられる。
【００１７】
ゲート電極は、行方向に形成されるゲート配線１７の一部をなし、ゲート配線１７上へ形成される層間絶縁膜（図４の１９）により覆われる。層間絶縁膜にはコンタクトホール２２が形成されて、活性領域パターン１３がゲート電極によって分割された２部分各々に連結されるように、導電層を積層パターニングして形成されたソース／ドレイン電極１２１，１２１’がある。普通、ソース／ドレイン電極１２１，１２１’のような導電層で、ソース側と連結されるデータ配線２１０が形成される。データ配線２１０はゲート配線１７と垂直方向の列方向に形成される。
【００１８】
ソース／ドレイン電極１２１，１２１’及びデータ配線２１０上へソース／ドレイン電極１２１，１２１’の中のドレイン側の一部を現すビアホール２４を有する保護膜（図４の２３）が形成される。保護膜上にビアホール２４を通じてドレイン電極と接続される画素電極１２７が導電層積層パターニングによって形成される。ゲート配線１７と平行に配置されるのは静電容量を補充するために形成されるストレージライン５３である。
【００１９】
前述の構成は本発明が従来の技術に比べて平面的に現れる新たな構成要素を導入したのではなく、既存の構成要素の画素電極を単一層から複合層に転換させることである。
【００２０】
図４は図３のI−Iに沿って切断した側断面である。基板１０にトップゲートポリシリコン型薄膜トランジスタが形成され、層間絶縁膜１９に形成されたコンタクトホール２２によって層間絶縁膜１９上に形成されるソース／ドレイン電極１２１，１２１’が薄膜トランジスタのソース／ドレイン領域と接続されている。ソース／ドレイン電極１２１，１２１’はタングステンモリブデン層が上下層１２２，１２４をなし、中間層１２３がアルミネオジムでなされた３重膜でなされている。ソース／ドレイン電極１２１，１２１’上には感光性有機絶縁膜でなされた保護膜２３が数μｍの厚さで積層されている。保護膜２３はドレイン電極１２１’上で除去されてビアホールをなし、ビアホールを通じて保護膜２３上に積層パターニングされた画素電極１２７がドレイン電極１２１’と接している。画素電極下部２７１はタングステンモリブデン層でなされ、画素電極上部２７２はアルミネオジム層でなされる。
【００２１】
以下、図５乃至図８は、図４の構成をなす過程を示す工程断面図である。
【００２２】
図５を参照すると、先ず、基板１０に薄膜トランジスタ構造を形成する。薄膜トランジスタ構造を形成するために、先ず基板にアモルファスシリコン層を形成し、レーザーアニーリングによってポリシリコン層に変化させる。普通、アモルファスシリコン層を形成する前にブロッキング層（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１１でシリコン酸化膜を数百乃至千Å積層する。そして、ポリシリコン層をパターニングして活性領域パターン１３を形成する。活性領域パターン１３上にゲート絶縁膜１５を積層する。ゲート絶縁膜１５はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を百乃至数百Å積層して形成する。ゲート絶縁膜１５上にゲート配線１７を形成する。ゲート配線１７と共にストレージ配線５３も形成される。ゲート配線１７はアルミ含有金属の単一層又はアルミ含有金属にタングステンモリブデンとかクロム層を積層した複数の金属層でなされる。ゲート配線１７は画素のゲート電極とゲートパッドを含む概念である。ゲート電極をイオン注入マスクとして、活性領域パターンにイオン注入を実施してソース／ドレイン領域とチャンネル領域を区分する。
【００２３】
図示しないが、ポリシリコン型液晶表示装置は周辺部にｎ型トランジスタとｐ型トランジスタが共に形成されるのが一般的であるので、このようなイオン注入工程は各不純物タイプに対して２度なされ、各々に対してイオン注入マスクを形成する。
【００２４】
図６を参照すると、ゲート配線１７上に主にシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜をＣＶＤで積層して層間絶縁膜１９を形成する。ソース／ドレイン領域で層間絶縁膜１９とゲート絶縁膜１５を除去して活性領域パターン１３の一部を現すコンタクトホールを形成する。そして、タングステンモリブデン、アルミネオジム、タングステンモリブデンで下層１２２、中層１２３、上層１２４の３重層をスパッタリング方法によって基板全体に積層する。又、ソース／ドレイン電極１２１，１２１’と図示しないデータラインは、同一なエッチングマスクを利用して、３重層を連続的にパターニングして形成する。
【００２５】
前述の例は、活性領域をポリシリコン層で形成する低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ液晶表示装置の場合を示すが、アモルファスシリコンを形成した後、レーザーアニーリングをしない活性領域、即ち、アモルファスシリコンで活性領域を形成するアモルファスシリコン型薄膜トランジスタ液晶表示装置においても本発明を適用できる。又、アモルファスシリコン型薄膜トランジスタは本実施例のようにトップゲート型でも、ボトムゲート型であってもよい。
【００２６】
図７を参照すると、薄膜トランジスタが形成された基板全面に、保護膜２３として感光性有機絶縁膜を形成する。感光性有機絶縁膜は別途のマスクなしに、エッチングしてパターニングできるので、他の絶縁膜に比べて便利である。そして、露光及び現像によってドレイン電極の一部を現すビアホールを形成する。現像過程でドレイン電極領域の一保護膜２３が除去されてビアホールを形成し、このビアホールを通じて酸化性の強い現像液がドレイン電極に触れる。しかし、ソース／ドレイン電極上層１２４は酸化に強いタングステンモリブデンでなされて絶縁性酸化膜を形成しない。一方、保護膜２３上面に対して露光を調節することによって凸凹の小突起を形成できる。この突起は集合的にマイクロレンズを形成して画素電極をなす反射板の集光効率を高め得る。
【００２７】
図８を参照すると、スパッタリング工程によって薄いタングステンモリブデン膜とアルミネオジム膜を画素電極上下部２７１，２７２として順次に積層する。そして、フォトレジスタで画素電極パターンを形成し、これをエッチングマスクとして利用してアルミネオジム膜とタングステンモリブデン膜を順次にエッチングして２重層反射板、即ち、２重層画素電極１２７を形成する。タングステンモリブデンはアルミネオジム膜と共に連続的にエッチングできるので、クロム膜を使用することに比べて便利である。タングステンモリブデン膜とアルミネオジム膜の間に他の導電金属を積層することもできる。例えば、反射板をなす画素電極の上部と下部金属層の間の電気陰性度が大きい場合、材質の差によるバッテリ効果が大きくなる可能性があるので、これを減少させるために下部２７１金属層と上部２７２反射金属層の中間程度の電気陰性度を有するバッファ金属層を上下部金属層の間に介在させて使用できる。バッファ金属層としては、例えば、クロム（Ｃｒ）層を用いることができる。
【００２８】
一方、前述の例で画素電極で反射膜だけを有する反射型液晶表示装置を説明したが、本発明は反射型液晶表示装置に限られない。即ち、反射膜を使用する画素電極は反射型だけでなく反射透過型でもよい。反射透過型の一例は、ドレイン電極一部を現す保護膜を形成した後、画素領域に透明電極でなされた画素電極パターンを形成する。そして、透明な画素電極パターンが形成された基板にクロム膜とアルミ膜を順次に積層し、共にパターニングして画素領域一部に窓を有する反射膜画素電極パターンを形成する。ドレイン電極はタングステンモリブデン上下層とアルミ中間層を有する３重層にする。このような例で、たとえドレイン電極上層と画素電極下層が同一な膜で形成されなくても、画素電極のアルミ層がドレイン電極上層と直接に接するので発生する問題点を相当に減少させ得る。
〔まとめ〕
本実施形態による液晶表示装置では、ドレイン電極１２１’の上層１２４と画素電極１２７の下層２７１とを同一の材料により形成するので、ドレイン電極１２１’と画素電極１２７との間に生じるバッテリー効果を大幅に低減することができる。
また、ドレイン電極１２１の上層１２４と画素電極１２７の下層２７１とにタングステンモリブデンを使用することにより、ドレイン電極１２１’界面に絶縁性酸化膜が生じるのを防止することができる。これにより、画素電極１２７とドレイン電極１２１’との界面のコンタクト抵抗増加を効果的に防止できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によると、アルミ含有金属でなされた単一層反射板で薄膜トランジスタ液晶表示装置を形成する場合に比べて、工程に不定的な影響を与えるバッテリ効果等の電気化学的な効果を防止できる。従って、反射電極の損傷を防止し、反射率を高めてより優秀な画質を実現きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の反射型薄膜トランジスタ液晶表示装置で反射型画素電極に電圧印加を妨害する問題点を説明するための側断面図（その１）。
【図２】従来の反射型薄膜トランジスタ液晶表示装置で反射型画素電極に電圧印加を妨害する問題点を説明するための側断面図（その２）。
【図３】本発明の一実施形態による画素部を示す平面図。
【図４】本発明の一実施形態による画素部を示す断面図。
【図５】図４の実施形態を形成するために重要工程段階を示す工程断面図（その１）。
【図６】図４の実施形態を形成するために重要工程段階を示す工程断面図（その２）。
【図７】図４の実施形態を形成するために重要工程段階を示す工程断面図（その３）。
【図８】図４の実施形態を形成するために重要工程段階を示す工程断面図（その４）。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ ブロッキング層
１３ 半導体層活性領域パターン
１５ ゲート絶縁膜
１７ ゲート配線
１９ 層間絶縁膜
２１ ソース／ドレイン電極
２２ コンタクトホール
２３ 感光性有機絶縁膜
２４ ビアホール
２５ 酸化膜
５３ ストレージライン
１２７ 画素電極
２１０ データ配線
１２２，１２３，１２４ ドレイン電極の下層、中間層、上層
２７１，２７２ 画素電極下部、上部

Claims (8)

1. 基板と、
   複数層で形成されたソース及びドレイン電極を有し、前記基板に少なくとも１つ形成される薄膜トランジスタと、
   前記ソース及びドレイン電極に接続される配線と、
   前記薄膜トランジスタ及び配線上へ前記基板全面にかけて積層され、前記ドレイン電極一部を現すコンタクトホールを有する絶縁膜と、
   前記絶縁膜上へ全面にわたり多層膜で形成され、前記コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極と連結され、前記薄膜トランジスタと対応関係にある反射膜画素電極と、
   を有し、
   前記画素電極は、前記ドレイン電極の最上層膜と同一な材質で形成された下層を備える薄膜トランジスタ液晶表示装置。
2. 前記ドレイン電極の最上層膜はクロム層又はタングステンモリブデン層により形成された、
   請求項１に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
3. 前記画素電極は、アルミ含有金属で形成された上層をさらに備える請求項２に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
4. 前記画素電極は、
   アルミ含有金属でなされた上層と、
   前記下層及び上層の間に、電気陰性度が下層と上層の中間にある中層導電膜と、
   をさらに備える請求項２に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
5. 前記ドレイン電極は、
   前記最上層の下部に形成された中間のアルミ含有金属層と、
   前記アルミ含有金属層の下部に形成されたタングステンモリブデン層と、
   を含む請求項２に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
6. 前記薄膜トランジスタはトップゲートポリシリコン型薄膜トランジスタである、請求項１に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
7. 前記絶縁膜は感光性有機絶縁膜で形成された、請求項１に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。
8. 前記絶縁膜上面にマイクロレンズの役割をできる小突起が形成された、請求項７に記載の薄膜トランジスタ液晶表示装置。

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