JP2856376B2 - アクティブマトリクス基板 - Google Patents
アクティブマトリクス基板Info
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Description
て薄膜トランジスタ等がマトリクス状に形成されたアク
ティブマトリクス基板に関する。
は、薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と称す)等が
マトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板
に、対向基板を対向配設させ、両基板の間に液晶を挟持
させた構造をしている。
説明する。図7に従来のアクティブマトリクス基板を構
成する1単位である絵素の平面図を示し、図8に図7の
A−A線による断面図を示す。
基板は、ガラス基板101上にタンタル(Ta)からな
るゲート配線102とチタン(Ti)からなるソース配
線103が配設されており、ゲート配線102及びソー
ス配線103に接続されたTFTが各絵素に2個ずつ形
成されている。TFTは各絵素に2個ずつ形成される必
要はなく、1個ずつ形成されているものもある。
べる。
配設されたゲート配線102を覆って、酸化タンタル
(Ta2O5)からなる第1のゲート絶縁膜104が形成
され、第1のゲート絶縁膜104上全面を覆って、窒化
シリコン(SiNx)からなる第2のゲート絶縁膜10
5が形成されている。第2のゲート絶縁膜105上でゲ
ート配線102の形成位置と一部重なるように真性アモ
ルファスシリコン(以下「a−Si(i)」と称す)か
らなる半導体層106が形成されている。半導体層10
6中央部上には、SiNxからなるエッチングストッパ
層107が形成されている。半導体層106のエッチン
グストッパ層107を挟んで両側上には、n+型アモル
ファスシリコン(以下「a−Si(n+)」と称す)か
らなるコンタクト層108が、エッチングストッパ層1
07上で分断されて形成されている。コンタクト層10
8の一方(図面左側)を覆ってソース配線103が形成
されており、コンタクト層108の他方(図面右側)を
覆ってTiからなるドレイン配線109が形成されてい
る。ドレイン配線109と一部重なるように、酸化イン
ジウム・スズ(ITO)からなる絵素電極110が形成
されている。
クス基板の製造方法を説明する。
させパターニングしてゲート配線102を形成し、ゲー
ト配線102の表面を陽極酸化して第1のゲート絶縁膜
104を形成する。
iNx層、半導体層106となるa−Si(i)層及び
エッチングストッパ層107となるSiNx層をこの順
に連続的に被着して、エッチングストッパ層107をパ
ターニングする。
108となるa−Si(n+)を被着させ、上記a−S
i(i)層と共に、パターニングし、半導体層106及
びコンタクト層108を形成する。
スパッタリング法で被着した後、フォトリソグラフィに
よりソース配線103及びドレイン配線109を所定の
パターンに形成しエッチングする。このエッチング方法
には、ウェットエッチング法とドライエッチング法の2
種類がある。ウェットエッチング法では、フッ硝酸等の
エッチング液を用いてエッチングする。ドライエッチン
グ法では、エッチングガスとして、CF4、SF6等のガ
スを用いてエッチングする。ドライエッチング法は、ウ
ェットエッチング法と比較して、ドライエッチングの異
方性エッチング特性からパターン精度が向上する。
にITOを被着させ、パターニングして絵素電極110
を形成する。
クティブマトリクス基板においては、図14に示すよう
に、ガラスからなる絶縁性基板121上に、ITOから
なるストライプ状の配線122が形成されているのみで
あった。ITOは抵抗が高いので、従来のマトリクス基
板ではバスラインである配線122の抵抗が大きくなる
という問題がある。この問題に対し、ITOからなる配
線上に金属補助配線を形成することが考えられるが、I
TOが金属付着力が弱いことから、ITO膜上に金属補
助配線を形成することができなかった。
るためになされたものであり、信号配線及び走査配線を
低抵抗とし、液晶表示装置に用いたときに良好な表示品
位を得ることの出来るアクティブマトリクス基板を提供
することを目的とする。
リクス基板は、基板上に、信号配線及び走査配線が格子
状に配線され、該信号配線と該走査配線で囲まれた領域
に絵素電極がマトリクス状に配置されると共に、該絵素
電極、該信号配線、及び該走査配線に電気的に接続され
たスイッチング素子を備えたアクティブマトリクス基板
において、該信号配線及び該走査配線を、基板側から、
ITOからなる配線層、窒化タンタルからなる導電層及
びタンタルからなる金属補助配線層がこの順に形成され
た3層構造としており、そのことにより、上記目的が達
成される。
ITOからなる配線層の上に、ITOとの付着力の強い
窒化タンタルからなる導電層を形成して、その上にタン
タルからなる金属補助配線層を形成した3層構造として
いるので、アクティブマトリクス基板において低抵抗な
配線を実現することが可能となる。 特に、配線の材料と
してタンタルを用いるので、一般にタンタルの薄膜はほ
とんどが正方格子構造を有するβ−Taとなり高抵抗と
なるのに対し、タンタルを窒化物上に成膜すると、体心
立方格子構造を有するα−Taとなり低抵抗になる。従
って、上記の金属補助配線は一般のタンタル膜より低抵
抗となる。
リクス基板の構造を、図1を参照して説明する。図1は
本実施例のアクティブマトリクス基板を構成するTFT
の断面図である。
されたゲート配線2を覆って、酸化タンタル(Ta
2O5)からなる第1のゲート絶縁膜4が形成され、第1
のゲート絶縁膜4上全面を覆って、SiNxからなる第
2のゲート絶縁膜5が形成されている。第2のゲート絶
縁膜5上でゲート配線2の形成位置と一部重なるように
a−Si(i)からなる半導体層6が形成されている。
半導体層6中央部上にはSiNxからなるエッチングス
トッパ層7が形成されている。半導体層6のエッチング
ストッパ層7を挟んで両側上には、a−Si(n+)か
らなるコンタクト層8が、エッチングストッパ層7上で
分断されて形成されている。コンタクト層8の一方(図
面左側)を覆って下層ソース配線3a及び上層ソース配
線3bからなるソース配線が形成されており、コンタク
ト層8の他方(図面右側)を覆って、絵素電極と一体に
なっている絵素電極兼下層ドレイン配線9aと、上層ド
レイン配線9bとからなるドレイン配線が形成されてい
る。絵素電極兼下層ドレイン配線9aのドレイン配線9
と重ならない部分が絵素電極として機能する。
クス基板の製造方法を、図2乃至図図6に基づいて説明
する。
ラス基板1上に膜厚が500〜5000オングストロー
ムのTa膜をスパッタリング法により被着し、フォトリ
ソグラフィによりパターン形成して、エッチングを行い
ゲート配線2を形成する。Ta膜のエッチングには、C
F4、O2の混合ガスをプラズマ化しドライエッチングを
行う方法と、フッ酸と硝酸との混合液をエッチング液と
してウェットエッチングを行う方法とがある。ウェット
エッチングを行う場合は、ガラス基板1とTa膜との間
に膜厚が1000〜10000オングストロームのTa
2O5を予め形成しておき、ガラス基板1がエッチングさ
れないようにする。
上表面を陽極酸化して膜厚が500〜5000オングス
トロームのTa2O5を形成する。
法によりゲート絶縁膜5となる膜厚が500〜6000
オングストロームのSiNx膜、半導体層6となる膜厚
が50〜1000オングストロームのa−Si(i)膜
及びエッチングストッパ層7となる膜厚が300〜50
00オングストロームのSiNx膜をこの順に連続的に
被着する。その後、フォトリソグラフィによりパターニ
ングし、最上層のSiNxをBHF液(フッ酸+フッ化
アンモニュウム)でエッチングすることにより、エッチ
ングスットパ層7のみを形成する。
りコンタクト層8となる膜厚が200〜2000オング
ストロームのa−Si(n+)膜を被着した後、フォト
リソグラフィ及びエッチングにより、a−Si(n+)
膜と上記a−Si(i)膜とを、同時に島状にパターニ
ングして、コンタクト層8と半導体層6とを得る。
2、InO3のいずれか1つのからなる単層、又は2つ以
上の材料からなる多層膜を、膜厚が300〜3000オ
ングストロームとなるようにスパッタリング法により被
着して透明導電膜を形成する。その透明導電膜上に、T
i、Ta、TaN、Mo、Alのいずれか1つからなる
単層、又は2つ以上の材料からなる多層膜を、膜厚が5
00〜5000オングストロームとなるようにスパッタ
リング法により被着して金属薄膜を形成する。金属薄膜
をフォトリソグラフィによりパターン形成した後、エッ
チングしてソース配線3及びドレイン配線9を形成す
る。
ング方法には、ドライエッチング法とウェットエッチン
グ法との2種類がある。
された平行平板式のドライエッチング装置を用いて、C
F4、O2ガス等のフッ素系混合ガス或はCCl4、O2ガ
ス等の塩素系混合ガスをプラズマ化して、金属薄膜のエ
ッチングを行う。当プロセスにおいては、透明導電膜と
金属薄膜とのエッチングレート選択比が十分得られるた
め、SiNxを材料とする下地の第2のゲート絶縁膜5
がエッチングされることはない。
3等のフッ硝酸系混合エッチング液により、金属薄膜の
エッチングを行う。当プロセスにおいても、透明導電膜
と金属薄膜とのエッチングレート選択比が十分に得られ
るため、SiNxを材料とする下地の第2のゲート絶縁
膜5がエッチングされることはない。
フォトリソグラフィによりパターン形成して、エッチン
グすることによって、ソース配線3、ドレイン配線9及
び絵素電極10を形成する。このエッチングには、HC
lとFeCl3との混合液である塩化第2鉄系エッチン
グ液、HBrの臭化水素系エッチング液、HClとZn
等との混合液であるエッチング液を用いることによっ
て、透明導電膜のみをエッチングする。これらのエッチ
ング液においては、第2のゲート絶縁膜5の材料である
SiNxをエッチングすることがない。
配線9をエッチングするときに、第2のゲート絶縁膜5
を損なうことはない。その結果、ソース配線3とゲート
配線2との間、及びドレイン配線9とゲート配線2との
間の絶縁性を向上させることが出来る。
及び上層ソース配線3bからなっているので、少なくと
も2層以上の積層構造となっている。そのため、ソース
配線の冗長性が増しても断線しにくい。
表面に対向電極を形成した対向基板を対向配設し、両基
板の間に液晶を封入することによって形成される液晶表
示装置は、第2のゲート絶縁膜5に起因する点欠陥及び
ソース配線2の冗長性による線状欠陥の発生確率を低下
させることができる。この結果、表示品位は大幅に向上
する。
基板の要部断面図を示す。図示する金属配線基板は、例
えばアクティブマトリクス基板としても使用されるもの
である。具体的には、ガラスからなる絶縁性基板11上
にTaからなる下層電極配線12が形成され、下層電極
配線12の上表面には、窒素量が40〜50アトミック
%のTaNx層13が形成されている。更に、TaNx層
13と一部重畳して基板11上にITO電極配線14が
形成されている。
外にも、石英、シリコンウェファ、セラミック等を用い
ることが出来る。下層電極配線12には電極として機能
する部分も含み、その材料としては、Ta以外にも、T
aNx、Ti、Al、W、Mo等を用いることが出来
る。
を説明する。
法によりTaを、例えば3000オングストロームの膜
厚で堆積し、フォトリソグラフィにより所望の形状の下
層電極配線12を得る。
ング法により、窒素量が40〜50アトミック%のTa
Nxを、例えば700オングストロームの膜厚で堆積
し、フォトリソグラフィにより所望の形状のTaNx層
13を形成する。尚、反応性スパッタリング法に代えて
イオンシャワードーピング法により、TaNxを形成し
てもよい。
11上にITOを、例えば2000オングストロームの
膜厚で堆積し、フォトリソグラフィにより、所望の形状
のITO電極配線14を形成する。
層13の存在により、下層電極配線12とITO電極配
線14との電気的接続抵抗を小さく且つ安定にすること
が出来る。
10に示すように、ガラスからなる絶縁性基板111上
にTaからなる下層電極配線112が形成されており、
下層電極112と一部重畳して基板111上にITO電
極配線114が形成された構成である。又、その製造方
法は以下の通りである。先ず、絶縁性基板111上にス
パッタリング法によりTaを3000オングストローム
の膜厚で堆積し、フォトリソグラフィにより所望の形状
の下層電極配線112を得る。更に、下層電極配線11
2形成部分を含む基板111上に、ITOを2000オ
ングストロームの膜厚で堆積し、フォトリソグラフィに
より所望の形状のITO電極配線114を形成する。
うに下層電極配線112の材料としてTaを用いた場合
には、ITO成膜時及び、電気回路を搭載する際に行う
後工程の加熱時に、酸素が下層電極配線112の表層に
拡散して、下層電極配線112の表面に酸化膜が生成す
る。この酸化膜の電気抵抗は大きく、比抵抗が1014Ω
・cm以上である。更に、この酸化膜とITO電極配線
114との接触抵抗も大きくなる。その結果、Taから
なる下層電極配線12とITO電極配線14との接続抵
抗は数10mΩ・mm2〜数10Ω・mm2となり、不安
定であるとともに大きな値になるという問題点があっ
た。
上述のように、下層電極配線12とITO電極配線14
との間にTaNx層13を形成している。よって、Ta
Nx層13の中に含まれる窒素が酸素の拡散を防ぐこと
になり、又、TaNx層13の比抵抗は10-3Ω・cm
程度と小さい。その結果、下層電極配線12とITO電
極配線14との電気的接続抵抗は、実測値で4〜7mΩ
・mm2と小さく且つ安定したものとなる。尚、この様
にして形成された金属配線基板には、必要に応じてトラ
ンジスタなどを設けることが出来、液晶表示素子用のマ
トリクス基板として使用できる。
クス基板の平面図を示し、図12に図11に示すマトリ
クス基板のB−B線による断面図を示す。このマトリク
ス基板は、ガラスからなる絶縁性基板21上にストライ
プ状にバスライン25が形成されている。このバスライ
ン25は、図12から分かるように3層構造をしてお
り、基板側からITOからなる配線22、窒化タンタル
からなる導電層23及びタンタルからなる金属補助配線
24がこの順に形成されている。
Ti、Nb、Al、Cu、W、Mo等の金属及びこれら
の金属を主成分とする合金を用いることができる。例え
ば、Alを主成分とする合金の場合は、Al以外の金属
としてTa、Si、Cu、Zn、Ni等が用いられる。
導電層23の材料としては、窒化タンタル以外にも、配
線22の材料とすることが出来る金属の窒化物を使用す
ることが出来る。ここで、導電層23の材料は、配線2
2の材料の金属の窒化物である必要はない。
法を説明する。
法等によりITOを、例えば1000オングストローム
の膜厚で成膜し、フォトリソグラフィによりストライプ
状にパターニングを行い配線22を形成する。
スパッタリング法により、例えば500オングストロー
ムの膜厚を有する窒化タンタル及び5000オングスト
ロームの膜厚を有するタンタルをこの順に堆積する。
び金属補助配線24用のタンタル膜を同時にフォトリソ
グラフィにより所定の形状にパターニングして、バスラ
イン25を形成する。
工程には、図13に模式的に示すスパッタリング装置を
用いる。このスパッタリング装置は、2つのゲートバル
ブ201で仕切られた3つの空間からなっており、一端
(図の右側)からローダ202、スパッタリングチャン
バ203、アンローダ204の各空間が設けられてい
る。ローダ202、スパッタリングチャンバ203、ア
ンローダ204は、各々に設けられたポンプ205によ
って真空にすることが出来る。スパッタリングチャンバ
203は、少なくとも2つの電極を備えており、ローダ
202側の電極にはホットプレスによって作られた窒素
モル濃度が15%の窒化タンタルのターゲット206が
装着され、アンローダ204側の電極にはタンタルのタ
ーゲット207が装着されている。スパッタリングチャ
ンバ203内には、スパッタガスとしてアルゴン及び窒
素を適宜導入できる。
る窒化タンタル膜及びタンタル膜の成膜内容を説明す
る。
し、ポンプ205によってローダ202内の排気を行い
真空にする。ゲートバルブ201を開き、基板21を、
既に真空にしてあるスパッタリングチャンバ203内を
通して、アンローダ204内に搬送する。基板21がス
パッタリングチャンバ203内を搬送される間は、スパ
ッタリングチャンバ203内に、アルゴンと窒素とをそ
の流量比が1:1となるように導入する。基板21が窒
化タンタルのターゲット206上を搬送される間に、窒
素濃度が45〜50アトミック%の窒化タンタルが基板
21上に堆積される。この時のスパッタパワー及び基板
21の搬送速度は、窒化タンタルのターゲット206の
上方で、膜厚が500オングストロームの窒化タンタル
が基板21上に堆積されるように設定されている。
た後、続いて、基板21をスパッタリングチャンバ20
3内を通して、ローダ202に搬送する。基板21がス
パッタリングチャンバ203内を搬送される間は、スパ
ッタリングチャンバ203内にアルゴンのみを導入す
る。基板21がタンタルのターゲット207上を搬送さ
れる間に、タンタルが基板21上に堆積される。この時
のスパッタパワー及び基板21の搬送速度は、タンタル
のターゲット207の上方で、膜厚が5000オングス
トロームのタンタルが基板21上に堆積されるように設
定されている。
板においては、ITOからなる配線22上に金属補助配
線24を形成しているので、バスラインが低抵抗とな
る。
14に示すように、ガラスからなる絶縁性基板121上
に、ITOからなるストライプ状の配線122が形成さ
れているのみであった。ITOは抵抗が高いので、従来
のマトリクス基板ではバスラインである配線122の抵
抗が大きくなる。ところが、従来は本実施例のように、
ITO膜上に金属補助配線を形成することができなかっ
た。これは、ITOが金属付着力が弱いことに起因す
る。
1上に、ITOとの付着力の強い、窒素濃度が45〜5
0アトミック%の窒化タンタルからなる導電層23を形
成しているので、金属補助配線24を設けることが出来
る。
50アトミック%としているのは、窒化タンタルには窒
化濃度が50%を越えるものは存在せず、窒化濃度が4
5%未満のものは、ITOとの付着力が弱いため使用で
きないからである。
には、他の材料を使用する場合と異なる作用もある。タ
ンタルには2種類の結晶構造があり、1つは正方格子で
あり、他の一つは体心立体格子である。正方格子構造を
有するTaはβ−Taと呼ばれ、その薄膜の固有抵抗は
170〜200μΩcmである。一方、体心立方格子構
造を有するTaはα−Taと呼ばれ、その薄膜の固有抵
抗は13〜15μΩcmである。一般にタンタルの薄膜
はほとんどがβ−Taとなり、高抵抗となる。しかし、
タンタルを窒化物上に成膜すると、α−Taとなり低抵
抗になる。従って、本実施例の金属補助配線24は一般
のタンタル膜より低抵抗である。
のマトリクス基板によれば、ITOからなる配線上に、
間に窒化物を介して金属補助配線を形成しているので、
低抵抗な配線を実現することができる。
のアクティブマトリクス基板によれば、信号配線及び走
査配線を、ITOからなる配線層の上に、ITOとの付
着力の強い窒化タンタルからなる導電層を形成して、そ
の上にタンタルからなる金属補助配線層を形成した3層
構造としているので、アクティブマトリクス基板におい
て低抵抗な配線を実現することができる。 特に、配線の
材料としてタンタルを用いるので、一般にタンタルの薄
膜はほとんどが正方格子構造を有するβ−Taとなり高
抵抗となるのに対し、タンタルを窒化物上に成膜する
と、体心立方格子構造を有するα−Taとなり低抵抗に
なるので、上記の金属補助配線を一般のタンタル膜より
低抵抗とすることができる。 また、このアクティブマト
リクス基板を液晶表示装置に用いたときに良好な表示品
位を得ることができる。
TFTの断面図である。
る。
である。
である。
である。
である。
絵素の平面図である。
る。
る断面図である。
スパッタリング装置の構成を示す概略図である。
Claims (1)
- 【請求項1】基板上に、信号配線及び走査配線が格子状
に配線され、該信号配線と該走査配線で囲まれた領域に
絵素電極がマトリクス状に配置されると共に、該絵素電
極、該信号配線、及び該走査配線に電気的に接続された
スイッチング素子を備えたアクティブマトリクス基板に
おいて、 該信号配線及び該走査配線を、基板側から、ITOから
なる配線層、窒化タンタルからなる導電層及びタンタル
からなる金属補助配線層がこの順に形成された3層構造
としたアクティブマトリクス基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24375892A JP2856376B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | アクティブマトリクス基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24375892A JP2856376B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | アクティブマトリクス基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0695149A JPH0695149A (ja) | 1994-04-08 |
JP2856376B2 true JP2856376B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17108550
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP24375892A Expired - Lifetime JP2856376B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | アクティブマトリクス基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (4)
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WO2011070901A1 (en) | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP24375892A patent/JP2856376B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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