在接触孔中形成的配线分层结构，配线分层结构的制作方法，以及具有该配线分层结构的显示装置

具体实施方式

将基于较佳实施例来描述本发明，这些较佳实施例并不限制本发明的范围而是用于解释本发明。在实施例中所描述的所有特征及其组合对于本发明不是必要的。第一实施例

根据本发明第一实施例的配线分层结构用于驱动包括有机EL元件的显示装置的TFT。图1是显示该显示装置的部分的平面图。显示装置100包括由图1中的短划线所指示的于绝缘的基片10上的显示区域110，以及用于驱动显示区域的TFT的外围驱动电路120和130。多条扫描线G1至Gm与外围驱动电路120相连接，以及多条数据线D1至Dn与外围驱动电路130相连接。

参照图1，在显示区域110中所显示的是一个电路图，它用于接近扫描线Gk和数据线Dk相交点的显示像素。该显示像素包括有机EL元件60，第一TFT30，第二TFT 40和电容器C。

在第一TFT 30中的栅极电极与扫描线Gk相连接，第一TFT 30中的源极电极(或漏极电极)与数据线Dk相连接，第一TFT 30中的漏极电极(或源极电极)与第二TFT 40的栅极电极和电容器C的电极之一相连接。

第二TFT 40的栅极电极与TFT 30的漏极电极(或源极电极)相连接。TFT 40的源极电极与有机EL元件的阳极相连接，TFT 40的漏极电极与电源线112相连接。有机EL元件60实际发光所需的电压提供到电源线112上。电容器C的电极之一与TFT 30的漏极电极(或源极电极)以及与TFT 40的栅极电极相连接。电容器C的另一电极接地。有机EL元件60的阳极与第二TFT 40的源极电极相连接，以及有机EL元件60的阴极接地。

图2是图1中所示的虚线包围的区域150的剖面图。参照图2，在玻璃、石英或类似材料制成的绝缘基片10上形成有源层43。有源层43是由通过激光对非晶硅(a-Si)薄膜照射而进行多晶化后的多晶硅(p-Si)薄膜制成的。在有源层43中，沟道43c的两边提供了源极43s和漏极43d。

在有源层43上形成了栅极绝缘薄膜12，又在栅极绝缘薄膜12上形成了栅极电极42。栅极电极42是由诸如铬和钼之类的耐熔性金属制成。该栅极电极42与第一TFT 30的源极相连接。在有源层43中，在栅极电极42下形成沟道43c。

在栅极绝缘薄膜12和栅极电极42的整个表面上形成层间绝缘薄膜15。相对于漏极43d和源极43s而形成的接触孔由诸如铝之类的金属填充，以形成漏极电极53和源极电极54。后面将描述接触孔，漏极电极53和源极电极54的形成方法。

在层间绝缘薄膜15，漏极电极53和源极电极54的整个表面上形成平面化的绝缘薄膜17，它是由例如有机树脂制成的。在平面化的绝缘薄膜17上形成有机EL元件60。有机EL元件具有阳极61，发光元件层66以及阴极67依次沉积的结构。阳极61通过相对于平面化的绝缘薄膜17中的源极电极54而形成的接触孔与源极43s相连接。在阳极61上形成绝缘薄膜68。所形成的绝缘薄膜68用于防止在阴极67和阳极61之间的短路，这种短路是由于阳极61的厚度所产生的阶差或水平差异使发光元件层66断裂而引起的。

适用于阳极61的材料的例子包括：氧化锡铟(ITO)、二氧化锡(SnO₂)以及氧化铟(In₂O₃)。一般来说，常使用ITO，因为其具有空穴注入的有效性和低的表面电阻。阴极67材料的例子包括：含有微量锂的铝合金、镁铟合金、以及镁银合金。发光元件层66具有空穴传输层62、发光层64以及电子传输层65依次沉积的结构。适用于空穴传输层62材料的例子包括：4，4’，4”-三氨基甲烷盐酸缓冲液(tris)(3-甲基苯基苯基氨基)三苯氨(triphenylamine)(MTDATA)，N，N’-Di(萘(naphthalene)-1-yl)-N，N’-联苯(diphenyl)-对二氨基联苯(benzidine)(NPB)以及N，N’-联苯(diphenyl)-N，N’-di(3-甲基苯基)-1，1’-联苯(biphenyl)-4，4’-二胺(diamine)(TPD)。发光层64的材料的例子包括：双(bis)(苯并喹啉并)(benzoquinolinolato)铍合成物，含有一种喹吖(二)酮(quinacridone)衍生物(双(10-羟基苯[h]喹啉并)铍(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinolato)beryllium)：Bebq2)和铝-喹啉(quinolene)合成物(Alq3)。电子传输层65的材料例子包括：Bebq2和Alq3。

形成了空穴传输层62，电子传输层65和阴极67，使得它们由每个像素中的多个有机EL元件60共享。响应于阳极61把光发射层64形成为岛。

上述对于一个像素的结构和材料仅仅是说明性的，而不是对本发明的范围的限制。例如，第一TFT 30和第二TFT 40可以是n沟道类型、p沟道类型或甚至是n沟道类型和p沟道类型的组合。有机EL元件60可以具有以相反次序沉积的阳极61、发光元件层66和阴极67的结构。在这些层之间可以形成介入层。

现在将描述在如此配置的像素中的有机EL元件60发光操作。当将来自扫描线Gk的栅极信号施加到第一TFT 30的栅极电极时，第一TFT 30就被开启。于是，从第一TFT 30的源极(或漏极)电极施加的电荷就存储在电容器C上，同时也施加到第二TFT 40的栅极电极。响应于施加到第二TFT 40的栅极电极的电压的电流从驱动电源线112馈送至有机EL元件60。

在有机EL元件60中，为了产生激发，从阳极61注入的空穴和从阴极67注入的电子在光发射层64的内部重新结合，使构成光发射层64的有机分子激发。在能量发射激发的失活过程中，光发射层64发出光，它通过传输阳极61放电并被认为是有机EL元件60的光发射。

将根据上述所说明的有机EL显示器的像素结构来描述本发明的特征。在本发明的一个实施例中，漏极电极53和源极电极54都具有多层结构，该多层结构包括低电阻金属制成的配线层和耐熔性金属制成的保护金属层，其中将配线层设置在保护金属层之间。至于第一实施例，形成的保护金属层要比栅极绝缘薄膜12厚。

图3A至3D显示了形成接触孔，漏极电极53和源极电极54的方法的一系列过程。在本发明的第一实施例中，栅极薄膜12是由使用CVD方法形成的二氧化硅(SiO₂)制成的。层间绝缘薄膜15包括由使用CVD方法形成的氮化硅(SiN)制成的第一层间绝缘薄膜13和同样由使用CVD方法形成的二氧化硅(SiO₂)制成的第二层间绝缘薄膜14。这些第一层间绝缘薄膜13和第二层间绝缘薄膜14最好能采用CVD方法连续形成而不需要移出真空条件。如此，可以防止空气中的灰尘和杂质粘结在这两层薄膜之间的界面上。

下文继续描述形成接触孔的方法。采用氢氟酸缓冲液并利用在对应于有源层43(见图2)的源极43s(或漏极43d)的位置上有开孔的抗蚀层160作为掩膜进行蚀刻。如图3A所示，首先通过蚀刻除去第二层间绝缘薄膜14。这时，处于抗蚀层160之下的第二层间绝缘薄膜14也受到蚀刻。

接着，如图3B所示，通过蚀刻除去了第一层间绝缘薄膜13。此时，当使用氢氟酸缓冲液时，在第一层间绝缘薄膜13被腐蚀的同时，腐蚀速率大于第一层间绝缘薄膜13的腐蚀速率的第二层间绝缘薄膜14以侧向方向被进一步蚀刻。结果，第一层间绝缘薄膜13从上面被蚀刻掉，而第一层间绝缘薄膜13的锥形角度也能变得更小些。

如图3C所示，当第一层间绝缘薄膜13的蚀刻完成之后，开始了对栅极绝缘薄膜12的蚀刻。不仅在垂直方向，而且在水平方向对栅极绝缘薄膜12进行蚀刻。此时，第一层间绝缘薄膜13也被蚀刻，但是当使用氢氟酸缓冲液时，栅极绝缘薄膜12的腐蚀速率大于第一层间绝缘薄膜13的腐蚀速率，所以比起第一层间绝缘薄膜13，栅极绝缘薄膜12进一步以水平方向受到蚀刻。结果，如该图所示，在第一层间绝缘薄膜13和栅极绝缘薄膜12之间的边界可能形成伸臂。这里所讨论的伸臂是在第一层间绝缘薄膜13上形成的，它向着第一层间绝缘薄膜13和栅极绝缘薄膜12之间边界上的接触孔的中心而凸出于栅极绝缘薄膜12之外。如此，将贯穿栅极绝缘薄膜12、第一层间绝缘薄膜13和第二层间绝缘薄膜14的接触孔形成于对应于有源层43的漏极14d(或源极14s)的位置上。

除去抗蚀层160，随后如图3D所示，采用溅射技术在接触孔和第二层间绝缘薄膜14的整个表面上连续形成由耐熔性金属制成的第一保护金属层170、`由低电阻金属制成的配线层172以及由耐熔性金属制成的第二保护金属层174。此时，所形成的第二保护金属层174比栅极绝缘薄膜12厚。然后，蚀刻第一保护金属层170、配线层172和第二保护金属层174，以形成漏极电极53和源极电极54。

在该第一实施例中，通过形成比栅极绝缘薄膜12厚的第二保护金属层174，即使当第一层间绝缘薄膜13和栅极绝缘薄膜12之间的边界上形成了伸臂时，也可能在没有任何断裂发生的情况下形成第二保护金属层174。结果，能够抑制掉在漏极电极53和源极电极54上毛刺的发生。因此，如图2所示，即使当有机EL元件60的阴极67形成于漏极电极53和源极电极54的整个表面上，也不会引起任何短路，从而实现了显示装置100(图1中所示)的稳定生产。

而且，在本实施例中，形成的第一保护金属层170也厚于栅极绝缘薄膜12。这可以抑制在漏极电极53和源极电极54上发生毛刺。因此，不会在漏极电极53和源极电极54和其它电极之间引起任何短路，从而实现显示装置100的稳定生产。

另外，在本实施例中，形成的第一层间绝缘薄膜13具有比栅极绝缘薄膜12厚的厚度。结果，用于从上蚀刻第一层间绝缘薄膜13所需的时间就变得更长，从而就有可能使得第一层间绝缘薄膜13的锥度角度变得更加平缓。而且，由于当使用氢氟酸缓冲液时，由腐蚀速率高于第一层间绝缘薄膜13的材料制成的第二层间绝缘薄膜14形成于第一层间绝缘薄膜之上，因此用于从上蚀刻第一层间绝缘薄膜13所需的时间就会变得更长，从而有可能使第一层间绝缘薄膜13具有更加平缓的锥度角度。

而且，可以这样的方式，即接触孔最宽部分的半径小于所希望的值，来形成第一层间绝缘薄膜13。例如，根据本实施例，所形成的接触孔最宽部分的半径可以为(2+α)μm(式中α是抗蚀层160的开孔的半径，且按照本实施例，α约为2μm)或小于(2+α)μm。参照图3C，如果栅极绝缘薄膜12(SiO₂)的厚度、第一层间绝缘薄膜13(SiN)的厚度以及第二层间绝缘薄膜14(SiO₂)的厚度分别以d1、d2和d3来表示，且当使用氢氟酸缓冲液时它们的腐蚀速率分别以r1、r2和r3表示，则总的蚀刻时间T将为T＝d1/r1+d2/r2+d3/r3。

接触孔进入到第二层间绝缘薄膜14的扩展L将为L＝r3×T。因此，栅极绝缘薄膜12、第一层间绝缘薄膜13和第二层间绝缘薄膜14将形成为某一厚度，使得L＝r3×T≤2μm(公式1)。在本实施例中，栅极绝缘薄膜12和第二层间绝缘薄膜14都是由SiO₂制成的，因此有可能使r1_r3。将其代入公式1以及T＝d1/r1+d2/r2+d3/r3，可得到d2≤(r2/r3)(2-d1-d3)。当使用氢氟酸缓冲液时可根据可分别根据第一层间绝缘薄膜13和第二层间绝缘薄膜14的腐蚀速率r2和r3，以及根据第二层间绝缘薄膜14的厚度d3和栅极绝缘薄膜的厚度d1，就能确定第一层间绝缘薄膜13的厚度d2。通常的情况下，在使用氢氟酸缓冲液时，SiO₂薄膜的腐蚀速率是SiN薄膜的3至10倍。

在满足所有上述条件的情况下，第一层间绝缘薄膜13的较佳的厚度范围为100至600nm。第二层间绝缘薄膜14的较佳的厚度范围为100至500nm。栅极氧化薄膜12的较佳厚度范围为20至100nm。第一保护金属层170的较佳的厚度范围为30至120nm。第二保护金属层174的较佳的厚度范围为30至120nm以及配线层172的较佳厚度范围为30至700nm。第二实施例

图4是解释本发明第二实施例的示意图。

在第一实施例中，描述是针对形成的第二保护金属层174的厚度厚于栅极绝缘薄膜12的情况。然而，在该第二实施例中，形成第二保护金属层174，是第二保护金属层174的薄膜厚度d5大于伸臂的尖端和伸臂之下的栅极绝缘薄膜12之间的距离d4。从而，即使当第一层间绝缘薄膜13和栅极绝缘薄膜12之间的边界上形成了伸臂时，也将在不发生任何断裂的情况下形成第二保护金属层174。结果，能够抑制从漏极电极53和源极电极54生长的毛刺的发生。因此，如图2所示，当有机EL元件60的阴极67形成于漏极电极53和源极电极54的整个表面上时，不会引起任何短路，从而实现了显示装置100的稳定生产。

而且，在该第二实施例中，所形成的第一保护金属层170的厚度d6也大于伸臂的尖端和伸臂之下的栅极绝缘薄膜12之间的距离d4。从而，能够获得类似的效果，其中能够防止电极之间的短路。

在上述描述的实施例中，栅极绝缘薄膜12和第二层间绝缘薄膜14都是采用SiO₂制成的，但栅极绝缘薄膜12和第二层间绝缘薄膜14也可以采用SiON(氮氧化硅)制成。当采用预定蚀刻剂进行蚀刻来形成贯穿多层结构中的薄膜的孔，且构成多层结构的低层的材料的腐蚀速率大于构成多层结构的上层的材料的腐蚀速率时，可以有效地使用根据本发明的配线分层结构以及该配线分层结构的制造方法。

而且，在上述实施例中，第一层间绝缘薄膜13是由SiN制成的，但例如SiN所制成的层也可以用于在栅极绝缘薄膜12上的第二栅极绝缘薄膜。

虽然已通过示例性实施例描述了本发明，但是应该理解到，在不脱离所附的权利要求所规定的本发明范围的条件下，本领域的技术人员可以作出许多变化和替代。