JP3548908B2 - Manufacturing method of liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、OA機器等の画像情報/文字情報の表示装置として用いられる薄膜トランジスタ(TFT)アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラス等の絶縁基板上にTFTをマトリクス状に形成しこれをスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、高画質のフラットパネルディスプレイとして期待されている。
【0003】
現在、TFTアクティブマトリクス型ディスプレイにおいては、解決すべき課題がいくつかある。
【0004】
第1の課題は、製造歩留まりの向上である。特に走査信号配線と映像信号配線との間のショート不良が最大の不良原因であり、この不良の低減が課題となっている。
【0005】
第2の課題は、製造工程数の低減である。特にホトリソグラフィ工程数の削減が強く求められている。
【0006】
第3の課題は、画面の高精細化/大型化に対応できる低抵抗の走査信号配線の形成技術である。
【0007】
第4の課題は、信頼性の確保である。具体的には、画像品質の信頼性とともに配線の外部接続端子の腐食等に対する信頼性の確保が、課題としてあげられる。
【0008】
以上の課題に対して、従来から種々の提案がなされている。
【0009】
第1の製造歩留まり向上の課題については、例えば特開昭61−133662号が、TFTのゲート絶縁膜をゲート電極の陽極酸化膜とSiN膜との2層構造とし、ゲート絶縁膜のピンホール等による配線間ショートを防止する技術を開示している(第1の従来技術)。
【0010】
第2のホトリソグラフィ工程数削減の課題については、数多くの提案がなされている。例えば特開昭63−9977号は、走査配線を透明電極と金属膜の2層構造とし、走査配線の透明電極により画素電極を構成する構造を開示している。この方式では、走査信号配線と画素電極とを1回のパターニングで形成できるので、ホトリソグラフィ工程を削減可能である(第2の従来技術)。
【0011】
また、特開昭62−32651号は、1枚のホトマスクを用いてTFTを構成するゲート絶縁膜と半導体膜とを同一パターンに加工することにより、ホトリソグラフィ工程数を削減する方法を開示している(第3の従来技術)。
【0012】
第3の低抵抗の走査信号配線の形成技術の課題に対しては、例えば特開平2−85826号が、Alを走査配線とし、Al2O3膜をゲート絶縁膜および層間絶縁膜として用いる例を開示している。低抵抗のAlを走査配線として用いると、高精細化/大画面化により走査配線の負荷が増大しても、走査信号の遅延を実用上問題無いレベルに押さえることができる(第4の従来技術)。
【0013】
さらに、特開昭64−35421号は、AlとAl上に形成したTaを走査配線に用い、このAlとTaの陽極酸化膜をゲート絶縁膜および層間絶縁膜として使用し、走査配線を低抵抗化し、層間ショート不良を低減し、併せて工程を削減する方法を開示している(第5の従来技術)。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
TFTアクティブマトリクス型液晶表示装置を本格的に普及させるには、上記すべての課題を同時に解決し、高画質/低コスト/高信頼性を実現する必要がある。しかし、上記従来技術は、狙いとする各々の課題についてそれなりの効果をあげているが、各々の要素技術は互いにトレードオフの関係となるものが多く、上記すべての課題を同時に満足することはできない。また、上記の個々の技術を単に組合せただけでは、新たな問題が発生し所望の効果が得られない。その事情を説明する。
【0015】
例えば、第1の従来技術と第2の従来技術とを組合せると、走査信号配線金属を透明電極の上で陽極酸化する必要がある。透明導電膜上で金属を陽極酸化すると、材料の標準電位の違いから電池反応により金属膜が溶失してしまう問題がある。また、陽極酸化時に選択酸化のためのレジストマスクを形成するには、新たにホトマスクが必要となるので、第2の課題である工程数の削減を達成することはできない。
【0016】
また、第2の従来技術では、活性層である半導体膜がゲート電極の外にはみ出す構造となるので、表示装置を構成したときにバックライトや外光がゲート電極の外にはみ出した半導体膜に当たり、半導体膜の光電流によりTFTのリーク電流が増加して画質が低下する。この画質低下を防止するには、半導体膜を薄膜化することが有効である。しかし、良く知られているように、プロセス上の制約から従来の逆スタガ型のTFTで半導体膜を薄膜化するには、TFTのチャネル部を保護するチャネル保護膜を形成するためのホトマスクを1枚増やさなければならない。この問題については、例えば、『フラットパネルディスプレイ '91』(日経BP社1990)88頁〜96頁に述べられている。
【0017】
したがって、第2の従来技術では、半導体膜とゲート絶縁膜とのマスクを統合してホトマスクを1枚削減できるものの、実用に耐えうる画質を保証するには、半導体膜を薄膜化することが必要であり、チャネル保護膜を形成するためにホトマスクを1枚増やさなければならず、結果的にはホトマスク削減による工程簡略化は達成できない。
【0018】
第3の従来技術と第4の従来技術とを組合せると、走査信号配線は透明電極と低抵抗配線であるAl電極との2層構造となる。この場合、走査信号配線の外部接続端子部分にはAl電極をそのまま用いるかまたは上層のAlを選択除去して、透明電極を外部接続端子として用いることになる。
【0019】
配線の外部接続端子部分は、液晶封入等の後工程以後も種々の溶剤等に曝されるので、Alのように活性な金属を用いると、腐食されるという問題がある。また、透明電極を端子部分に用いた場合、金属酸化物である透明電極と配線金属のAlの接合においては、Alが透明電極中の酸素により酸化されて界面に絶縁膜を形成するため、コンタクトの信頼性が極めて低いという問題がある。
【0020】
第5の従来技術においては、Alの上にTaが形成されるので、コンタクトの問題はないが、端子の側面にはAlがやはり露出するため、腐食が発生しやすい問題がある。
【0021】
以上のような問題から、走査信号配線にAlを用いる場合、端子部分の透明電極とのコンタクトを良好に保つため、バリアメタルを間に挿入することがよく行なわれている。しかし、バリアメタルを加工するために新たなホトマスクが必要となる。したがって、第2の課題である工程数の削減を達成することはできない。
【0022】
さらに、一般に、TFTのゲート絶縁膜および半導体膜は、プラズマ気相成長法(PCVD)により300℃程度の温度で形成される。走査信号配線にAlを用いると、PCVD工程での熱履歴によりヒロックと呼ばれる表面の凹凸が多数成長する。このような凹凸には電界が集中し、走査信号配線と映像信号配線間の絶縁耐圧を極端に低下させる。したがって、走査信号配線に低抵抗のAlを用いると、第1の課題である製造歩留まりの向上を達成することが難しくなる。
【0023】
以上述べたように、従来の技術の単なる組合せでは、上記の複数の課題を同時にすべて解決することはできない。
【0024】
本発明の目的は、最小限のホトマスク数で高い信頼性と良好な画質とを確保しながら低コストで製造できる配線材料を用いた液晶表示装置の製造方法を提供することである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、絶縁基板上に形成され、かつ絶縁膜により少なくとも一部が被覆された走査信号電極と、前記走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、前記走査信号電極と前記映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタとを有する液晶表示装置の製造方法において、
a.前記絶縁基板上に金属の第1の導電膜と、AlまたはAlを主成分とする合金膜とを積層し、前記第1の導電膜と前記AlまたはAlを主成分とする合金膜とを略同一パターンに加工して前記走査信号電極を形成する工程
b.前記走査信号電極の一部を被覆する前記絶縁膜を形成する工程
c.前記走査信号電極の外部駆動回路に接続する端子部分について、前記絶縁膜をマスクとして前記走査信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜を除去する工程
を有する液晶表示装置の製造方法を提供する。
【0026】
本発明においては、前記工程cの後に、
d.前記端子部分について、前記第1の導電膜上に透明導電膜を形成する工程を有することもできる。
【0027】
さらに、前記工程dでは、前記透明導電膜は、前記絶縁膜上にも前記端子部分から連続して形成することが望ましい。
【0028】
本発明においては、Al膜またはAlを主成分とする合金膜を含む配線材料としたので、Al表面のヒロックの発生を抑制できる。したがって、表示装置等を構成したときに配線間のショートを低減できる。このような現象はこれまで知られていないことであり、発明者等の実験により、初めて明らかとなった。
【0029】
積層型配線を液晶表示装置の走査信号電極に用いると、走査信号電極と映像信号電極との間の層間絶縁耐圧が上がる。その結果、ショート不良を低減するとともに走査信号電極を低抵抗化し、表示画面の大型化/高精細化を達成できる。
【0030】
また、上記Alの表面をすべてAlを母材とする絶縁膜で被覆した場合、Alが薬品等に曝されることがなくなるので、耐腐食性を確保できるとともに、Al表面のヒロック発生をさらに抑制できる。
【0031】
1つの金属とその上層に形成した金属酸化物からなる透明導電膜により外部接続端子を構成すると、端子の耐薬品性が向上するとともに、透明導電膜と金属との反応による絶縁性バリア層が界面に形成されにくくなる。したがって、接続端子のコンタクト抵抗の増大を防止でき、信頼性の高い接続端子が得られる。
【0032】
このような構造は、Al表面に形成した絶縁膜をマスクとしてAlをエッチング除去すると、形成できる。したがって、上記構造は、1枚のホトマスクだけで形成でき、工程数の削減,耐腐食性の確保,ショート不良の低減,走査信号電極の低抵抗化等の効果を同時にもたらす。
【0033】
透明導電膜からなる画素電極を半導体膜とゲート絶縁膜の下層に配置し、半導体膜とゲート絶縁膜を映像信号電極に沿って映像信号電極よりも幅広のパターンとして延在させ、画素電極のパターンの周辺部のみを被覆すると、画素電極と映像信号電極とを分離できる。このようにすると、画素電極と映像信号電極とのショートを防止しつつ画素電極と映像信号電極との間の距離を縮小しても、ショートによる画素欠陥を低減できる。また、画素電極の幅が拡大され、画素開口率が向上する。したがって、工程数の削減,高歩留まり,低抵抗配線,端子部の信頼性向上等の特長に加えて、低欠陥,高輝度の液晶表示装置を実現できる。
【0034】
発明者らは、Ta膜を形成した後、特にその表面の清浄性を保ったまま、Al膜を真空中で連続して形成すると、(111)配向が弱くなり、(220)面が優先成長し、それと同時に膜表面のヒロックが小さくなることを発見した。本発明の製造方法は、この知見に基づいている。すなわち、本発明の液晶表示装置の製造方法においては、Ta表面に成長するAlは、吸着層の影響を受けず、下地のTa膜の影響を直接受けるため、通常の条件では起こらない(220)面の優先成長が実現される。(220)面が優先成長すると、全体としてはランダムな配向に変化し膜表面のヒロックが小さくなる。
【0035】
本発明のその他の変形例の特徴および/または効果は、以下の実施形態の記載から明らかになるであろう。
【0036】
【発明の実施の形態】
【実施形態1】
図1は、本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施形態の斜視図である。本実施形態の積層配線材料は、マグネトロンスパッタ法により、Ta膜10とAl膜11とをガラス基板1上に順次積層し、同一のパターンに加工し形成してある。
【0037】
上層のAl膜11は、下地の影響を受けて(220)面に配向した結晶方位を有する。体心立方格子(bcc)を有するTaの(110)上に面心立方格子(fcc)であるAlを成長させると(111)に配向することが、従来から知られている。発明者らの実験では、Ta膜10を形成した後、特にその表面の清浄性を保ったまま、Al膜11を真空中で連続して形成すると、(111)配向が弱くなり、(220)面が優先成長することが見出された。それと同時に膜表面のヒロックが小さくなることも発見された。
【0038】
図2は、ガラス基板1上とTa膜10と上にそれぞれ形成したAl膜11の表面の凹凸を比較して示す図である。ガラス基板1上に形成したAl膜11には、100nm程度の高さのヒロックがいくつかみられるのに対し、Ta膜10上に形成したAl膜11では、微小な凹凸が数多く発生しているものの、大きなヒロックは全くみられない。この違いは、おそらく、微小な結晶粒を有するTa下地の影響を受けてAlが成長する結果、結晶粒が大きく成長しないので、膜の内部応力が緩和されることになり、ヒロックが成長する際、微小なヒロックが数多く発生するためと推察される。
【0039】
(220)面を成長させるには、成膜時に注意が必要である。TaとAlとはほとんど時間を置くことなく、Ta表面の清浄性を保ったまま、連続して成長させなければ、(220)配向が出現しないことが実験により確かめられた。Taを成膜後、一旦放電を停止し数分以上放置すると、たとえ真空を解除しなくてもTa表面にH2O等の吸着層が形成され、(220)面の優先成長は起こらない。発明者等は、TaとAlとをそれぞれスパッタリング中のチャンバー内でゆっくりと移動させる方法により初めて(220)配向を得た。このような方式では、TaとAlは界面付近で多少混じり合いながら連続して形成されるので、従来のように、Ta表面にH2O等の吸着層が形成されることはない。すなわち、Ta表面に成長するAlは、吸着層の影響を受けず、下地のTa膜の影響を直接受けるため、通常の条件では起こらない(220)面の優先成長が実現される。
【0040】
図3は、本発明の配線に用いたAl薄膜のX線回折パターンと従来のAl膜のX線回折パターンとを比較して示す図である。回折パターンのピークの高さは、それぞれのピークの位置に示した面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒の体積に比例する。(220)の回折ピークと(111)回折ピークの強度比は、従来のAl膜においては0.15であったが、本発明のAl膜においては、0.7以上と大きくなる。従来のAl膜に比べて、本発明のAl膜では、(220)面からの回折ピークが大きくなり、(111)面からの回折ピークが減少しているのがわかる。従来のAl膜では(111)面に強く配向していた結晶粒が、本発明のAl膜では、(220)面の成長により、全体としてはランダムな配向に変化していると考えられる。すなわち、回折ピーク強度が最大の面の強度と、2番目に強度が大きい面の強度との比は、従来のAl膜では、例えば約0.5であったが、本発明では、約0.7から1.0となる。このため、平均結晶粒径がやや小さくなり、粒径のばらつきも小さくなって、均一化したものと推察される。
【0041】
また、従来、LSIで用いられるAl配線においては、Alの結晶粒が微小化するとエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションに対する耐性が低下するため、Alは(111)に優先配向させ結晶粒を大きくしている。このようなAl膜では、応力を緩和するサイトとなる結晶粒の3重点が少ないために大きなヒロックが成長する。液晶表示装置用のTFTアレイにおいては、配線幅が10μm程度であり、LSIに比べると大きいため、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションは、さほど問題とはならない。むしろ、Al表面のヒロックを抑えて層間ショートを抑制ことが重要である。したがって、本発明の(220)配向化と結晶粒の微小化とによるヒロックの抑制は、TFTアレイ用の配線として、非常に望ましい。
【0042】
図4は、上記Al膜のX線回折から得られた(220)の回折ピークおよび(200)回折ピークの強度比と表面ヒロック密度との関係を示す図である。ヒロック密度は(220)/(200)比が大きくなると減少し、(220)/(200)比が1.0以上になると、ヒロックがほとんど消失することがわかる。
【0043】
下地の材料としては、Taだけでなく、bccの結晶構造を有する金属であればよい。例えば、Ta−N合金,Nb,Ta−Nb合金,Nb−N合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金でも同様な効果が得られる。また、上層の材料も、純Alだけでなく、Al−Pd,Al−Ta,Al−Ta−Ti等のAl合金膜でもよい。
【0044】
なお、本発明のAl膜は、表面が清浄なTaを含む上記合金上に成長可能であり、下地膜形成後連続して成膜を行なう方法の他に、形成済みの下地表面をスパッタエッチングなどで清浄にした後、成膜を実行する方法も採用できる。
【0045】
【実施形態2】
図5は、上記本発明の積層配線材料を用いて構成した液晶表示装置用走査信号配線の平面図である。図6は、図5の走査信号配線の外部接続端子部分の断面図である。図7は、図6のA−A面を矢印方向から見た断面図である。
【0046】
ガラス基板1上にTa電極10とAl電極11が形成され、これらの表面および側面はTa2O5膜20とAl2O3膜21によって被覆されている。ここでは、Al2O3膜21は、2層導電膜の上層膜であるAl電極11の表面をすべて被覆するように形成した。また、上層膜であるAl電極11は、走査信号電極の端部より距離X以上離れた位置から形成し(距離Xは、この例では1.0cmとした)、外部部材と接触する端部からAl電極11を排除した。
【0047】
本実施形態によれば、腐食しやすいAl電極を完全にAl2O3膜で被覆し、しかも外部部材と接触する端部から排除しつつ、走査信号電極に低抵抗のAl電極を使用できるので、表示装置の高精細化/大型化が達成される。外部部材と確実に接続するには、Xは0.1cm以上とすればよい。また、腐食しやすいAl電極の下層に耐腐食性の高いTaを配置し、Al2O3膜とAl電極との端面を一致させる構造とし、Al2O3膜をマスクとして端部のAl電極をエッチング除去して外部接続端子を形成するので、接続端子を金属加工するためのホトマスクが不要となり、工程数を削減できる。さらに、ヒロックの少ない(220)配向のAl電極を上層膜として用いてあり、層間ショート不良を低減できる。このように、高品質のAl2O3膜を層間絶縁膜として利用できるので、層間ショート不良をさらに低減できる。
【0048】
【実施形態3】
図8は、本発明による液晶表示装置の走査信号電極の他の実施形態の端部を示す断面図である。図9は、図8のA−A面を矢印方向から見た断面図である。
【0049】
本実施形態の走査信号電極は、2層のTa電極10とこれらによりはさまされたAl電極11との3層の導電膜からなる。上記実施形態と同様に、これらの膜の表面および側面はTa2O5膜20とAl2O3膜21により被覆され、最上層膜であるTa電極10の表面は、すべてTa2O5膜20で被覆されている。また、上層膜のTa電極10とAl電極11とは、走査信号電極の端部より距離1.0cm以上離れた位置から形成して、外部部材と接触する端部からAl電極11を排除した。
【0050】
本実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様の効果に加えて、比誘電率の大きいTa2O5膜をTFTのゲート絶縁膜の一部として利用できるので、TFTの相互コンダクタンスが向上する。また、上層のTa電極10によりAl電極11のヒロック発生をさらに抑制し、層間ショート不良を低減できる。
【0051】
【実施形態4】
図10は、実施形態2の構造を有する走査信号電極を用いて構成した液晶表示装置の単位画素の模式断面図である。
【0052】
ガラス基板1上にTa電極10とAl電極11とからなる走査信号電極が形成され、これらの表面および側面は、Ta2O5膜20とAl2O3膜21とにより被覆されている。これらの走査信号電極上にSiN膜22,a−Si:H膜30,n型a−Si:H膜31が形成され、さらにn型a−Si:H膜31上には映像信号電極14とソース電極15とが形成され、ソース電極にはITO膜からなる画素電極13が接続されている。画素電極13には、容量電極16が接続され、走査信号電極11と容量電極16とは、付加容量を形成している。さらに、これら全体を保護SiN膜23で被覆してある。
【0053】
図11は、薄膜トランジスタ基板の走査信号電極の外部接続端子の断面図である。ここでは、走査信号電極のうち、上層のAl電極11の表面は、Al2O3膜21により被覆し、Ta電極10をAl2O3膜21の外まで延在させ、外部接続端子を構成している。また、Ta電極10は、ITO電極13で被覆してある。 本実施形態では、TaとITOとの反応によってTa/ITO界面に形成されるバリア層の絶縁性が完全ではないため、TaとITOとのコンタクト抵抗は、例えばAlとITOを組合せた場合に比べ、格段に小さくなる。また、TaとITOでは、熱処理によるコンタクト抵抗の増大もほとんどないため、極めて安定した接続端子が得られる。
【0054】
本実施形態では、下地金属としてTaを用いたが、Ta以外にもTa−N合金,Nb,Ta−Nb合金,Nb−N合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金等でも、同様な効果が得られる。特に、Ta−NやTi−N等の金属窒化物を用いると、金属とITOの反応をより抑制し、コンタクト抵抗を極めて小さくできる。
【0055】
図12〜図16は、上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。これらの図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【0056】
図12においては、ガラス基板1上にTa膜10とAl膜11とをスパッタリングにより連続的に堆積させ、ホトリソグラフィ技術を用いて所定の形状にパターニングする。
【0057】
図13においては、陽極酸化法によりTa膜10とAl膜11との表面および側面にTa2O5膜20とAl2O3膜21を形成する。
【0058】
図14においては、Al2O3膜21をマスクとして、走査信号電極端子部のAl膜11をエッチング除去し、Ta電極10を露出させる。このとき、臭化水素(HBr)と3塩化硼素(BCl3)との混合ガスプラズマを用いたリアクティブイオンエッチング法によれば、AlとTaのエッチング選択比を大きくとれるので、エッチングの作業裕度が大きくなり、歩留まりが向上する。続いてITO膜をスパッタリングにより堆積し、ホトリソグラフィ技術を用いてパターニングして画素電極13および端子Taの保護膜131を形成する。
【0059】
図15においては、プラズマCVD法により、ゲートSiN膜22,a−Si:H膜30,n型a−Si:H膜31を堆積し、a−Si:H膜30,n型a−Si:H膜31を所定の形状にパターニングし、続いて画素電極13上および端子部電極上のゲートSiN膜22を除去する。
【0060】
図16においては、スパッタリングによりTi膜を堆積し、所定の形状にパターニングして映像信号電極14とソース電極15および容量電極16を得る。最後に、プラズマCVD法により保護SiN膜23を形成して薄膜半導体装置は完成する。
【0061】
本実施形態によれば、外部接続端子に耐腐食性の高いTaを使用できるので、高信頼性を確保できる。また、Al2O3膜をマスクとして、外部接続端子部のTa電極を露出させるため、従来必要であった外部接続端子金属加工用ホトマスクが不要となり、工程数を削減できる。さらに、Al表面のヒロックの抑制により、層間ショートを低減するとともに、走査信号電極に低抵抗のAl電極を使用可能となるので、液晶表示装置の高精細化/大型化が実現できる。
【0062】
以上の実施形態では、走査信号電極にTaとAlを用いたが、本発明はこの組合せに限らず、Taの代りにW,Nbやこれらを成分とする合金、例えばTaN,Nb−N,Ta−Nb−N,Ta−Ti−N等を用いても同様に適用できる。また、純Alに限らず、Al−Pd,Al−Ta,Al−Ti−Ta等の合金を用いてもよい。
【0063】
さらに、上記実施形態においては、Alの表面に形成したAl2O3膜をマスクとして、外部接続端子のTa電極を露出させる方法を採用したが、外部接続端子のTa電極を露出させる工程は、端子部電極上のゲートSiN膜22を除去した後に行なってもよい。この場合でも、ゲートSiN膜22上を加工するためのホトレジストをそのままTa電極10を露出させるためのマスクとして用いることができるので、工程が増加することはない。
【0064】
Ta電極を露出させる時のプラズマにゲートSiN膜やAl2O3膜が直接曝されることがなく、膜にプラズマダメージが入ることがないので、良好な絶縁特性を維持できる。
【0065】
【実施形態5】
本発明による配線材料は、走査信号配線だけでなく、映像信号配線にも適用できる。図17は、映像信号配線に本発明による配線材料を適用した実施形態の画素の断面図である。本実施形態においては、実施形態1の構造に加えて、映像信号配線とソース電極および容量電極とが、Ta膜141,151,161とAl膜142,152,162の積層電極とからなる。このような構造を採用したことにより、Al膜142,152,162が(220)配向となるので、既に述べた理由により、保護膜23形成時の熱処理によるAl膜からのホイスカ,ヒロックの成長を防止できる。
【0066】
【実施形態6】
図18は、図5に示した実施形態2の構造を有する走査信号電極を用いて構成した別の液晶表示装置の実施形態の画素部の断面図である。図19は、図18の実施形態の平面図である。
【0067】
実施形態と同様、ガラス基板1上にTa電極10とAl電極11からなる走査信号電極が形成されている。これら電極の表面および側面は、Ta2O5膜20とAl2O3膜21とにより被覆されている。これらの走査信号電極上に膜厚400nmのSiN膜22と膜厚50nmのa−Si:H膜30とが同一の平面形状に形成され、a−Si:H膜30上には映像信号電極14とソース電極15が形成されている。ソース電極15には、ITO膜からなる画素電極13が接続されている。
【0068】
画素電極13は、SiN膜22の下層に配置され、a−Si:H膜30とSiN膜22は、映像信号電極14の下層に映像信号電極14に沿って延在しており、a−Si:H膜30とSiN膜22とは、画素電極13のパターンの周辺部のみを被覆している。画素電極13には、容量電極16が接続され、走査信号電極11と容量電極16とは付加容量を形成している。これら全体は、保護SiN膜23で被覆されている。
【0069】
図20は、図18中のA−A断面におけるa−Si:H膜30内の31Pと11Bの深さ方向の濃度分布を示す図である。図21は、図18中のB−B断面におけるa−Si:H膜30内の31Pと11Bの深さ方向の濃度分布を示す図である。
【0070】
ソース電極15とコンタクトするB−B断面では、31Pのみが表面から指数関数的に減少する急峻な濃度プロファイルで導入されている。また、TFTのチャネル領域であるA−A断面では、ほぼ等量の31Pと11Bが導入されている。
【0071】
以上の構成により、本実施形態には、先に述べた効果に加えて、以下の効果がある。
【0072】
a.従来別々のホトマスクでパターニングしていたa−Si:H膜30とゲートSiN膜31とが、1枚のホトマスクで同一の形状にパターニングされるので、ホトリソグラフィ工程が1回少なくなり、工程数を削減でき、製造コストを低減できる。
【0073】
b.TFTのチャネル領域は、31Pと11Bが相互に補償されて高抵抗化されるため、従来必要であったn型a−Si:H膜のエッチングなしに、ソース電極とドレイン電極とを分離できるので、a−Si:H膜30の薄膜化が可能となる。a−Si:H膜30の膜厚を60nm以下とすると、光電流によるTFTのオフ抵抗の低下を防止でき、良好な画質が得られる。また、a−Si:H膜30を薄膜化する際に従来必要であったチャネル保護膜の形成が不要になり、製造工程の増加がない。
【0074】
c.画素電極13と映像信号電極14とが、a−Si:H膜30とゲートSiN膜22により分離されるので、画素電極13と映像信号電極14がショートすることがない。このため、主として画素電極13と映像信号電極14とのショートにより発生している画素欠陥を低減できる。また、画素電極13と映像信号電極14との距離を縮小し、その分画素電極13の面積を拡大でき、画素開口率が向上する。その結果、ディスプレイの高輝度化が達成できる。
【0075】
図22〜29は図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【0076】
図22においては、ガラス基板1上にTa膜10とAl膜11とをスパッタリングにより堆積させ、ホトリソグラフィ技術を用いて所定の形状にパターニングする。次に、陽極酸化法によりTa膜とAl膜との表面および側面にTa2O5膜20とAl2O3膜21とを形成する。
【0077】
図23においては、スパッタリングにより、ITO膜を110nm堆積させ、パターニングして画素電極13とする。
【0078】
図24においては、プラズマCVD法により、ゲートSiN膜22を400nm堆積させ、a−Si:H膜30を50nm形成する。
【0079】
図25においては、PH3ガスの放電プラズマから引き出した質量分離しないPH+,PH2+等のイオンを2keV程度の低エネルギーで照射し、a−Si:H膜30にPを導入する。このような質量分離しないイオンビームを用いる不純物ドーピング技術としては、例えば特開平2−199824号において磁気バケット型イオン源を用いた方法が開示されている。
【0080】
図26においては、ホトリソグラフィ技術により、ゲートSiN膜22とa−Si:H膜30とを同一の平面形状に加工する。
【0081】
図27においては、Ti電極をスパッタリングにより形成し、パターニングして映像信号電極14とソース電極15と容量電極16とを得る。
【0082】
図28においては、映像信号電極14とソース電極15のパターンをマスクとして、質量分離しないBH+,B2H2+等のイオンを2keV程度の低エネルギーで照射し、a−Si:H膜30のチャネル領域にBを導入する。これは、先に述べた技術において、放電ガスをB2H6等のBを含むガスにすれば、容易に実現できる。
【0083】
図29においては、保護SiN膜を形成し、素子を完成させる。
【0084】
上記製造工程を採用すると、既に述べたように、a−Si:H膜30を薄膜化する際に従来必要であったチャネル保護膜の形成が不要になるので、製造工程を簡略化できる。特に、不純物導入法として質量分離しない低エネルギーのイオンビームを用いると、大面積に効率良く不純物を導入できるので、生産効率が向上する。
【0085】
図30は、本発明の液晶表示装置におけるTFT基板の等価回路である。ガラス基板1上に、複数の走査信号電極10/11と、これに直交する複数の映像信号電極14と、これらの電極に接続されたTFTと、TFTに接続された液晶容量および付加容量とを形成してある。走査信号電極10/11と映像信号電極14とのどちらか一方の端部には、外部部材接続のための端子140が設けられている。
【0086】
画像を表示するには、走査信号電極10/11に順次パルス信号を印加して1行分のTFTをオン状態とし、その間に映像信号電極から画像信号を液晶層に印加する。この操作を1行ごとに繰り返す。
【0087】
図31は、本発明の液晶表示装置における別のTFT基板の等価回路である。ガラス基板1上に複数の走査信号電極10,11と、これに直交する複数の映像信号電極14と、これらの電極接続されたTFTと、TFTに接続された液晶容量および付加容量とから構成される部分は、上記例と同様であるが、本実施形態においては、ガラス基板1上に、TFTを駆動するための走査信号回路200および映像信号回路210が、TFTを用いて形成されている。このように、駆動回路もガラス基板1上に集積することにより、外部部品が大幅に少なくなるので、全体としてのコストを大幅に低減できる。このような外部接続端子が少ない場合にも、本発明の配線材料を同様に適用できることはもちろんである。
【0088】
以上述べた実施形態においては、逆スタガード型の薄膜トランジスタを用いた例を説明したが、本発明の配線材料は、これに限らず、スタガード型またはコープレーナ型の電極構造を持つ薄膜トランジスタにも同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0089】
図32は、本発明による薄膜半導体装置により構成した液晶表示装置の模式断面を示す図である。図32の中央部は、1画素部分の断面を示し、左側は、一対のガラス基板1および508の左側縁部で外部引出端子の存在する部分の断面を示し、右側は、一対のガラス基板1および508の右側縁部で外部引出端子の存在しない部分の断面を示している。
【0090】
液晶層506を基準に、下部のガラス基板1上には、走査信号電極11と映像信号電極14とがマトリクス状に形成されている。その交点近傍に形成されたTFTは、ITOからなる画素電極13を駆動する。液晶層506をはさんで対向する対向ガラス基板508上には、ITOからなる対向電極510,カラーフィルタ507,カラーフィルタ保護膜511,遮光用ブラックマトリクスパターンとなる遮光膜512が形成されている。図32の左側/右側のそれぞれに示すシール材SLは、液晶層506を封止するように、(図示していない)液晶封入口を除くガラス基板1および508の縁全体に沿って形成されている。シール材は、例えばエポキシ樹脂である。
【0091】
対向ガラス基板508側の対向電極510は、少なくとも一個所において、銀ペースト材SILにより、ガラス基板1に形成された外部引出配線に接続されている。この外部接続配線は、走査信号配線10,ソース電極15,映像信号電極14のそれぞれと同一製造工程で形成される。配向膜ORI1,ORI2,画素電極13,保護膜23,カラーフィルタ保護膜511,ゲートSiN膜21のそれぞれの層は、シール材SLの内側に形成されている。偏光板505は、それぞれ一対のガラス基板1および508の外側の表面に形成されている。
【0092】
液晶層506は、液晶分子の向きを設定する下部配向膜ORI1と上部配向膜ORI2との間に封入され、シール材SLによりシールされている。下部配向膜ORI1は、ガラス基板1側の保護膜23の上部に形成される。対向ガラス基板508の内側の表面には、遮光膜512,カラーフィルタ507,カラーフィルタ保護膜511,対向電極510,上部配向膜ORI2が、順次積層して設けられている。
【0093】
この液晶表示装置は、ガラス基板1側と対向ガラス基板508側の層とを別々に形成し、その後に上下ガラス基板1および508を重ねあわせ、両者間に液晶506を封入して組立られる。バックライトBLからの光の透過を画素電極13部分で調節すると、TFT駆動型のカラー液晶表示装置が形成される。
【0094】
本発明の液晶表示装置は、低抵抗のAlからなる走査信号電極を使用できるので、大型化/高精細化に好適である。また、簡略な製造工程で歩留まり良く製造できるので、コストを大幅に低減し、安価な液晶表示装置を提供することが可能となる。
【0095】
本発明の特徴的構成を例示すると、次の通りである。
【0096】
1.(220)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒と(200)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒との体積比が、0.5以上であるAl膜またはAlを主成分とする合金膜を含む配線材料。
【0097】
2.(220)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒と(111)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒との体積比が、0.5以上であるAl膜またはAlを主成分とする合金膜を含む配線材料。
【0098】
3.含有量が最も多い第1の配向方向を有する結晶粒の体積に対する含有量が2番目に多い第2の配向方向を有する結晶粒の体積の割合が、ほぼ0.5以上である配線材料。
【0099】
4.Ta,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜と、AlまたはAlを主成分とする合金からなり第1の導電膜上に形成される第2の導電膜とにより構成された積層型配線材料。
【0100】
5.上記4に記載の積層型配線材料において、Al膜またはAlを主成分とする合金膜に含まれる(220)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒と(200)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒との体積比が、0.5以上である積層型配線材料。
【0101】
6.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置において、走査信号電極と映像信号電極の少なくとも一方が、(220)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒と(200)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒との体積比が、0.5以上であるAl膜またはAlを主成分とする合金膜を含む配線材料で形成されている液晶表示装置。
【0102】
7.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置において、走査信号電極と映像信号電極の少なくとも一方が、Ta,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜と、AlまたはAlを主成分とする合金からなり第1の導電膜上に形成される第2の導電膜とにより構成された積層型配線材料で形成されている液晶表示装置。
【0103】
8.上記7に記載の液晶表示装置において、AlまたはAlを主成分とする合金に含まれる(220)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒と(200)面が膜表面に平行になるように配向した結晶粒との体積比が、0.5以上である液晶表示装置。
【0104】
9.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置において、走査信号電極が、少なくともAl膜またはAlを主成分とする合金膜を含む2種以上の導電膜の積層膜であり、Ta,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる導電膜をAl膜またはAlを主成分とする合金膜の上層および下層に配置した液晶表示装置。
【0105】
10.上記6ないし9のいずれかに記載の液晶表示装置において、Al膜またはAlを主成分とする合金膜の表面および側面に、Alを母材とする被覆絶縁膜を形成した液晶表示装置。
【0106】
11.上記6ないし9のいずれかに記載の液晶表示装置において、Al膜またはAlを主成分とする合金膜が、走査信号電極の一端部から0.1cm以上離れた位置にのみ存在する液晶表示装置。
【0107】
12.上記6ないし11のいずれかに記載の液晶表示装置において、走査信号電極と映像信号電極の少なくとも一方を構成する膜が、薄膜トランジスタのゲート電極である液晶表示装置。
【0108】
13.上記6ないし12のいずれかに記載の液晶表示装置において、Alを母材とする絶縁膜が、Alの酸化膜または窒化膜である液晶表示装置。
【0109】
14.絶縁基板上に形成した走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなるアクティブマトリクス基板と、アクティブマトリクス基板に接続された外部駆動回路とを有し、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置において、外部駆動回路と映像信号電極または走査信号電極との接続端子が、Ta,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜と、第1の導電膜上に形成された金属酸化物からなる透明導電膜とにより構成された液晶表示装置。
【0110】
15.上記1ないし5のいずれかに記載の配線からなる走査信号電極と、走査信号電極上に形成された薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体膜と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置において、半導体膜と当該半導体膜に接するゲート絶縁膜とが、同一の平面形状である液晶表示装置。
【0111】
16.上記15に記載の液晶表示装置において、半導体膜および当該半導体膜に接するゲート絶縁膜が、映像信号電極の下層に当該映像信号電極よりも幅広のパターンで延在している液晶表示装置。
【0112】
17.上記15または16に記載の液晶表示装置において、半導体膜のうち、ソース,ドレインの金属電極と接触する領域にはn型またはp型のいずれかの不純物の一方のみが導入され、チャネル部にはn型およびp型の両方の不純物が導入されている液晶表示装置。
【0113】
18.上記15ないし17のいずれかに記載の液晶表示装置において、半導体膜が、膜厚が60nm以下の水素化非晶質Si,水素化非晶質SiGe,水素化非晶質Geのいずれかからなる液晶表示装置。
【0114】
19.上記18に記載の液晶表示装置において、n型およびp型不純物の濃度が、半導体膜の表面において1021cm−3以上であり、半導体膜とゲート絶縁膜の界面で1019cm−3以下である液晶表示装置。
【0115】
20.上記15ないし19のいずれかに記載の液晶表示装置において、画素電極が、半導体膜およびゲート絶縁膜の下層に配置されている液晶表示装置。
【0116】
21.上記20に記載の液晶表示装置において、半導体膜およびゲート絶縁膜が、画素電極のパターンの外周部のみを被覆している液晶表示装置。
【0117】
22.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置の製造方法において、
a.絶縁基板上にTa,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜とAlまたはAlを主成分とする合金膜とを真空中で順次連続して積層し、所定のパターンに加工して走査信号電極と映像信号電極の少なくとも一方を形成する工程
b.走査信号電極の一部を被覆する絶縁膜を形成する工程
c.絶縁膜をマスクとして走査信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜のみを除去する工程
を含む液晶表示装置の製造方法。
【0118】
23.上記22に記載の液晶表示装置の製造方法において、絶縁膜を陽極酸化法,プラズマ酸化法,プラズマ窒化法のいずれかにより形成する液晶表示装置の製造方法。
【0119】
24.上記22に記載の液晶表示装置の製造方法において、絶縁膜をプラズマCVD法またはスパッタリング法により形成する液晶表示装置の製造方法。
【0120】
25.上記22に記載の液晶表示装置の製造方法において、絶縁膜をマスクとして走査信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜のみを除去する工程が、ハロゲン化水素ガスを含む混合ガスを用いたイオンエッチング法である液晶表示装置の製造方法。
【0121】
26.上記22に記載の液晶表示装置の製造方法において、第1の導電膜とAlまたはAlを主成分とする合金膜とを、真空を保持したまま連続して形成する液晶表示装置の製造方法。
【0122】
27.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置の製造方法において、
a.絶縁基板上にTa,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜を形成し、第1の導電膜表面の清浄性を保った状態でその上にAlまたはAlを主成分とする合金膜を積層し、所定のパターンに加工して走査信号電極または映像信号電極を形成する工程
b.走査信号電極または映像信号電極の一部を被覆する絶縁膜を形成する工程c.絶縁膜をマスクとして走査信号電極または映像信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜のみを除去する工程
を含む液晶表示装置の製造方法。
【0123】
28.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置の製造方法において、
a.絶縁基板上にTa,Ta−N合金,Nb,Nb−N合金,Ta−Nb合金,Ta−Nb−N合金,Ta−Ti合金,Ta−Ti−N合金,W,Ta−W合金,Ta−W−N合金のうちの1つの金属からなる第1の導電膜を形成する工程
b.第1の導電膜の表面層の一部を除去する工程
c.表面層の一部を除去した第1の導電膜の上にAlまたはAlを主成分とする合金膜を積層する工程
d.積層膜を所定のパターンに加工して走査信号電極または映像信号電極を形成する工程
e.走査信号電極または映像信号電極の一部を被覆する絶縁膜を形成する工程
f.絶縁膜をマスクとして走査信号電極または映像信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜のみを除去する工程
を含む液晶表示装置の製造方法。
【0124】
29.絶縁基板上に形成された走査信号電極と、走査信号電極に交差するように形成された映像信号電極と、走査信号電極と映像信号電極の交差点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とからなり、薄膜トランジスタにより液晶を駆動する液晶表示装置の製造方法において、
a.絶縁基板上に第1の導電膜とAlまたはAlを主成分とする合金膜を真空中で順次連続して積層し、所定のパターンに加工して走査信号電極を形成する工程
b.走査信号電極の一部の表面および側面に各々の導電膜を構成する材料を母材とする絶縁膜を形成する工程
c.絶縁膜をマスクとして走査信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜のみを除去する工程
d.基板全面に透明電極膜を形成し所定の形状に加工して画素電極を形成する工程
e.基板全面にゲート絶縁膜,半導体膜を形成する工程
f.半導体膜に5keV以下のエネルギーでリンを含むイオンビームを照射して半導体膜中にリンを導入する工程
g.ゲート絶縁膜、半導体膜を同一パターンに加工する工程
h.導電膜を堆積して所定のパターンに加工し映像信号電極およびソース電極を形成する工程
i.映像信号電極およびソース電極のパターンをマスクとして半導体膜に5keV以下のエネルギーでボロンを含むイオンビームを照射して半導体膜中にボロンを導入する工程
を含む液晶表示装置の製造方法。
【0125】
30.上記6ないし21のいずれかに記載の液晶表示装置を表示手段として備えた情報処理装置。
【0126】
31.上記22ないし29のいずれかに記載の製造方法により製造した液晶表示装置を表示手段として備えた情報処理装置。
【0127】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、Al膜またはAlを主成分とする合金膜を含む配線材料としたので、Al表面のヒロックの発生を抑制できる。したがって、表示装置等を構成したときに配線間のショートを低減できる。
【0128】
積層型配線を液晶表示装置の走査信号電極に用いると、走査信号電極と映像信号電極との間の層間絶縁耐圧が上がる。その結果、ショート不良を低減するとともに走査信号電極を低抵抗化し、表示画面の大型化/高精細化を達成できる。
【0129】
また、上記Alの表面をすべてAlを母材とする絶縁膜で被覆した場合、Alが薬品等に曝されることがなくなるので、耐腐食性を確保できるとともに、Al表面のヒロック発生をさらに抑制できる。
【0130】
1つの金属とその上層に形成した金属酸化物からなる透明導電膜により外部接続端子を構成すると、端子の耐薬品性が向上するとともに、透明導電膜と金属との反応による絶縁性バリア層が界面に形成されにくくなる。したがって、接続端子のコンタクト抵抗の増大を防止でき、信頼性の高い接続端子が得られる。
【0131】
このような構造は、Al表面に形成した絶縁膜をマスクとしてAlをエッチング除去すると、形成できる。したがって、上記構造は、1枚のホトマスクだけで形成でき、工程数の削減,耐腐食性の確保,ショート不良の低減,走査信号電極の低抵抗化等の効果を同時にもたらす。
【0132】
透明導電膜からなる画素電極を半導体膜とゲート絶縁膜の下層に配置し、半導体膜とゲート絶縁膜を映像信号電極に沿って映像信号電極よりも幅広のパターンとして延在させ、画素電極のパターンの周辺部のみを被覆すると、画素電極と映像信号電極とを分離できる。このようにすると、画素電極と映像信号電極とのショートを防止しつつ画素電極と映像信号電極との間の距離を縮小しても、ショートによる画素欠陥を低減できる。また、画素電極の幅が拡大され、画素開口率が向上する。したがって、工程数の削減,高歩留まり,低抵抗配線,端子部の信頼性向上等の特長に加えて、低欠陥,高輝度の液晶表示装置を実現できる。
【0133】
その結果、最小限のホトリソグラフィ工程で、ヒロックの少ない低抵抗の走査信号電極と耐腐食性の高い外部接続端子とを備え、画素欠陥密度が少なく大きな画素開口率の液晶表示装置が得られ、液晶表示装置の大型化/高精細化/低コスト化を同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による積層配線材料の一実施形態の斜視図である。
【図2】ガラス基板1上とTa膜10と上にそれぞれ形成したAl膜11の表面の凹凸を比較して示す図である。
【図3】本発明の配線に用いたAl薄膜のX線回折パターンを従来のAl膜のX線回折パターンと比較して示す図である。
【図4】上記Al膜のX線回折から得られた(220)の回折ピークおよび(200)回折ピークの強度比と表面ヒロック密度との関係を示す図である。
【図5】上記本発明の積層配線材料を用いて構成した液晶表示装置用走査信号配線の平面図である。
【図6】図5の走査信号配線の外部接続端子部分の断面図である。
【図7】図6のA−A面を矢印方向から見た断面図である。
【図8】本発明による液晶表示装置の走査信号電極の他の実施形態の端部を示す断面図である。
【図9】図8のA−A面を矢印方向から見た断面図である。
【図10】図5に示した実施形態2の構造を有する走査信号電極を用いて構成した液晶表示装置の単位画素の模式断面図である。
【図11】薄膜トランジスタ基板の走査信号電極の外部接続端子の断面図である。
【図12】上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【図13】上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【図14】上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【図15】上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【図16】上記実施形態の薄膜半導体装置の製造工程を示す図である。図の右側は、走査信号電極端子部分の各工程での断面を示す図である。
【図17】本発明の配線材料を映像信号配線に適用した実施形態の画素の断面図である。
【図18】図5に示した実施形態2の構造を有する走査信号電極を用いて構成した別の液晶表示装置の実施形態の画素部の断面図である。
【図19】図18の実施形態の平面図である。
【図20】図18中のA−A断面におけるa−Si:H膜30内の31Pと11Bの深さ方向の濃度分布を示す図である。
【図21】図18中のB−B断面におけるa−Si:H膜30内の31Pと11Bの深さ方向の濃度分布を示す図である。
【図22】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図23】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図24】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図25】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図26】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図27】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図28】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図29】図18の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図30】本発明の液晶表示装置におけるTFT基板の等価回路である。
【図31】本発明の液晶表示装置における別のTFT基板の等価回路である。
【図32】本発明による薄膜半導体装置により構成した液晶表示装置の模式断面を示す図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
10 Ta電極
11 (220)面に配向したAl電極
13 画素電極
14 映像信号電極
15 ソース電極
16 容量電極
20 Ta2O5膜
21 Al2O3膜
22 ゲートSiN電極
23 保護SiN膜
30 a−Si:H膜
31 n型a−Si:H膜
140 外部接続端子
141,151,161 Ta膜
142,152,162 Al膜
200 走査信号回路
210 映像信号回路
505 偏光板
506 液晶層
507 カラーフィルタ
508 対向ガラス基板
510 対向電極
511 カラーフィルタ保護膜
512 遮光膜
BL バックライト
ORI 配向膜
SL シール材
SIL 銀ペースト材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor (TFT) active matrix type liquid crystal display device used as a display device for image information / character information of an OA device or the like.
[0002]
[Prior art]
An active matrix type liquid crystal display device in which TFTs are formed in a matrix on an insulating substrate such as glass and used as switching elements is expected as a high-quality flat panel display.
[0003]
At present, there are some problems to be solved in the TFT active matrix type display.
[0004]
The first problem is to improve the production yield. In particular, short-circuit failure between the scanning signal wiring and the video signal wiring is the largest cause of the failure, and reduction of this failure has been a problem.
[0005]
The second problem is to reduce the number of manufacturing steps. In particular, there is a strong demand for a reduction in the number of photolithography steps.
[0006]
A third problem is a technique for forming a low-resistance scanning signal wiring that can cope with higher definition and larger screen size.
[0007]
The fourth problem is to ensure reliability. Specifically, it is an issue to secure not only reliability of image quality but also reliability against corrosion of external connection terminals of wiring.
[0008]
Various proposals have conventionally been made for the above problems.
[0009]
Regarding the first problem of improving the production yield, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-133662 discloses that a TFT gate insulating film has a two-layer structure of an anodic oxide film of a gate electrode and a SiN film, and a pin hole of a gate insulating film. Discloses a technique for preventing a short circuit between wirings (first related art).
[0010]
Many proposals have been made on the second problem of reducing the number of photolithography steps. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-9977 discloses a structure in which a scanning wiring has a two-layer structure of a transparent electrode and a metal film, and a pixel electrode is formed by the transparent electrode of the scanning wiring. In this method, since the scanning signal wiring and the pixel electrode can be formed by one patterning, the photolithography process can be reduced (second conventional technique).
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-32651 discloses a method of reducing the number of photolithography steps by processing a gate insulating film and a semiconductor film constituting a TFT into the same pattern using one photomask. (Third prior art).
[0012]
To solve the third problem of the formation technology of the low-resistance scanning signal wiring, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-85826 discloses that Al is used as the scanning wiring and Al is used as the scanning wiring. 2 O 3 An example in which the film is used as a gate insulating film and an interlayer insulating film is disclosed. When low-resistance Al is used for the scanning wiring, the delay of the scanning signal can be suppressed to a practically acceptable level even if the load on the scanning wiring increases due to higher definition / larger screen (fourth prior art). ).
[0013]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-35421 discloses that Al and Ta formed on Al are used for a scanning wiring, and an anodic oxide film of Al and Ta is used as a gate insulating film and an interlayer insulating film. And a method of reducing interlayer short-circuit defects and reducing the number of steps (fifth conventional technique).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In order for TFT active matrix type liquid crystal display devices to become widely used, it is necessary to simultaneously solve all the above-mentioned problems and realize high image quality / low cost / high reliability. However, although the above-mentioned prior art has given a certain effect for each of the aimed problems, each of the elemental technologies often has a trade-off relationship with each other, and it is not possible to satisfy all of the above-mentioned problems at the same time. . Further, simply combining the above-described individual techniques causes a new problem and cannot achieve a desired effect. The situation will be explained.
[0015]
For example, when the first related art and the second related art are combined, it is necessary to anodize the scanning signal wiring metal on the transparent electrode. When a metal is anodized on a transparent conductive film, there is a problem that the metal film is dissolved by a battery reaction due to a difference in standard potential of the material. Further, in order to form a resist mask for selective oxidation at the time of anodic oxidation, a new photomask is required, so that the second problem of reduction in the number of steps cannot be achieved.
[0016]
Further, in the second prior art, since the semiconductor film as the active layer protrudes outside the gate electrode, a backlight or external light hits the semiconductor film protruding outside the gate electrode when a display device is formed. In addition, the leak current of the TFT increases due to the photocurrent of the semiconductor film, and the image quality deteriorates. In order to prevent this deterioration in image quality, it is effective to reduce the thickness of the semiconductor film. However, as is well known, in order to reduce the thickness of a semiconductor film using a conventional inverted staggered TFT due to process restrictions, a photomask for forming a channel protection film for protecting a channel portion of the TFT requires one photomask. I have to add more. This problem is described, for example, in “Flat Panel Display '91” (Nikkei BP 1990), pp. 88-96.
[0017]
Therefore, in the second conventional technique, although the number of photomasks can be reduced by integrating the masks of the semiconductor film and the gate insulating film, it is necessary to reduce the thickness of the semiconductor film in order to guarantee image quality that can be used practically. In order to form the channel protective film, the number of photomasks must be increased by one, and as a result, the process simplification by reducing the number of photomasks cannot be achieved.
[0018]
When the third prior art and the fourth prior art are combined, the scanning signal wiring has a two-layer structure of a transparent electrode and an Al electrode which is a low resistance wiring. In this case, the Al electrode is used as it is for the external connection terminal portion of the scanning signal wiring, or the upper layer of Al is selectively removed, and the transparent electrode is used as the external connection terminal.
[0019]
Since the external connection terminal portion of the wiring is exposed to various solvents and the like even after a post-process such as liquid crystal sealing, there is a problem that when an active metal such as Al is used, it is corroded. Further, when a transparent electrode is used for the terminal portion, when the transparent electrode, which is a metal oxide, and the wiring metal, Al, are oxidized by oxygen in the transparent electrode to form an insulating film at the interface, the contact is formed. There is a problem that the reliability of this is extremely low.
[0020]
In the fifth prior art, there is no contact problem because Ta is formed on Al, but there is a problem that corrosion is likely to occur because Al is also exposed on the side surface of the terminal.
[0021]
Due to the problems described above, when Al is used for the scanning signal wiring, a barrier metal is often inserted between the terminal and the transparent electrode in order to maintain good contact with the transparent electrode. However, a new photomask is required to process the barrier metal. Therefore, reduction of the number of steps, which is the second problem, cannot be achieved.
[0022]
Further, generally, a gate insulating film and a semiconductor film of a TFT are formed at a temperature of about 300 ° C. by a plasma vapor deposition method (PCVD). When Al is used for the scanning signal wiring, many surface irregularities called hillocks grow due to the thermal history in the PCVD process. An electric field concentrates on such irregularities, and extremely lowers the dielectric strength between the scanning signal wiring and the video signal wiring. Therefore, when low-resistance Al is used for the scanning signal wiring, it is difficult to achieve the first problem of improving the manufacturing yield.
[0023]
As described above, the mere combination of the conventional techniques cannot simultaneously solve all of the above-mentioned problems.
[0024]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid crystal display device using a wiring material that can be manufactured at low cost while securing high reliability and good image quality with a minimum number of photomasks.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is formed on an insulating substrate to achieve the above object. , And at least partly covered with an insulating film A method for manufacturing a liquid crystal display device having a scanning signal electrode, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, and a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode;
a. A first metal conductive film and Al or an alloy film containing Al as a main component are laminated on the insulating substrate, and the first conductive film and the Al or Al-based alloy film as a main component are substantially Forming the scanning signal electrode by processing into the same pattern
b. Cover a part of the scanning signal electrode Said Step of forming insulating film
c. Removing, from the conductive film constituting the scanning signal electrode, Al or an alloy film containing Al as a main component, using the insulating film as a mask, for a terminal portion of the scanning signal electrode connected to an external drive circuit;
And a method for manufacturing a liquid crystal display device having the same.
[0026]
In the present invention, after the step c,
d. The method may further include forming a transparent conductive film on the first conductive film for the terminal portion.
[0027]
Further, in the step (d), it is preferable that the transparent conductive film is formed on the insulating film continuously from the terminal portion.
[0028]
In the present invention, since a wiring material including an Al film or an alloy film containing Al as a main component is used, generation of hillocks on the Al surface can be suppressed. Therefore, a short circuit between wirings can be reduced when a display device or the like is configured. Such a phenomenon has not been known so far, and has been clarified for the first time by experiments by the inventors.
[0029]
When the multilayer wiring is used for the scanning signal electrode of the liquid crystal display device, the interlayer dielectric strength between the scanning signal electrode and the video signal electrode increases. As a result, it is possible to reduce the short-circuit defect and reduce the resistance of the scanning signal electrode, thereby achieving an increase in the size and definition of the display screen.
[0030]
Further, when the entire surface of Al is covered with an insulating film containing Al as a base material, Al is not exposed to chemicals and the like, so that corrosion resistance can be ensured and hillock generation on the Al surface is further suppressed. it can.
[0031]
When the external connection terminal is constituted by one metal and a transparent conductive film made of a metal oxide formed thereon, the chemical resistance of the terminal is improved, and the insulating barrier layer formed by the reaction between the transparent conductive film and the metal forms an interface. Is difficult to form. Therefore, an increase in the contact resistance of the connection terminal can be prevented, and a highly reliable connection terminal can be obtained.
[0032]
Such a structure can be formed by etching and removing Al using the insulating film formed on the Al surface as a mask. Therefore, the above-described structure can be formed with only one photomask, and at the same time, the effects of reducing the number of steps, securing corrosion resistance, reducing short-circuit defects, and reducing the resistance of the scanning signal electrode can be obtained.
[0033]
A pixel electrode made of a transparent conductive film is arranged below the semiconductor film and the gate insulating film, and the semiconductor film and the gate insulating film are extended along the video signal electrode as a pattern wider than the video signal electrode, and the pixel electrode pattern , The pixel electrode and the video signal electrode can be separated. In this way, even if the distance between the pixel electrode and the video signal electrode is reduced while preventing the short circuit between the pixel electrode and the video signal electrode, pixel defects due to the short circuit can be reduced. Further, the width of the pixel electrode is increased, and the pixel aperture ratio is improved. Therefore, in addition to features such as a reduction in the number of steps, a high yield, low resistance wiring, and an improvement in the reliability of the terminal portion, a liquid crystal display device with low defects and high luminance can be realized.
[0034]
The inventors have found that, after forming a Ta film, if an Al film is continuously formed in a vacuum while keeping the surface cleanliness in particular, the (111) orientation becomes weak and the (220) plane grows preferentially. At the same time, they found that the hillocks on the film surface became smaller. The production method of the present invention is based on this finding. That is, in the manufacturing method of the liquid crystal display device of the present invention, Al growing on the Ta surface is not affected by the adsorption layer and is directly affected by the underlying Ta film, and thus does not occur under normal conditions (220). Priority growth of the surface is realized. When the (220) plane grows preferentially, the orientation changes randomly as a whole, and the hillocks on the film surface decrease.
[0035]
Features and / or effects of other modifications of the present invention will become apparent from the following description of embodiments.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. The laminated wiring material of the present embodiment is formed by sequentially laminating a
[0037]
The
[0038]
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of the surface irregularities of the
[0039]
In growing the (220) plane, care must be taken during film formation. It was experimentally confirmed that the (220) orientation did not appear unless Ta and Al were grown continuously without leaving any time while maintaining the cleanliness of the Ta surface. After forming the Ta film, once the discharge is stopped and left for several minutes or more, even if the vacuum is not released, H 2 An adsorption layer of O or the like is formed, and preferential growth of the (220) plane does not occur. The inventors obtained (220) orientation for the first time by a method in which Ta and Al were slowly moved in a chamber during sputtering. In such a method, Ta and Al are continuously formed while being slightly mixed near the interface. 2 An adsorption layer such as O is not formed. In other words, Al growing on the Ta surface is not affected by the adsorbed layer and is directly affected by the underlying Ta film, so that preferential growth of the (220) plane, which does not occur under normal conditions, is realized.
[0040]
FIG. 3 is a diagram showing a comparison between the X-ray diffraction pattern of the Al thin film used for the wiring of the present invention and the X-ray diffraction pattern of the conventional Al film. The height of the peak of the diffraction pattern is proportional to the volume of the crystal grain oriented so that the plane indicated at the position of each peak is parallel to the film surface. The intensity ratio between the (220) diffraction peak and the (111) diffraction peak was 0.15 in the conventional Al film, but increased to 0.7 or more in the Al film of the present invention. It can be seen that the diffraction peak from the (220) plane is larger and the diffraction peak from the (111) plane is smaller in the Al film of the present invention than in the conventional Al film. It is considered that crystal grains strongly oriented in the (111) plane in the conventional Al film are changed to random orientation as a whole by the growth of the (220) plane in the Al film of the present invention. That is, the ratio of the intensity of the surface having the largest diffraction peak intensity to the intensity of the surface having the second highest intensity is, for example, about 0.5 in the conventional Al film, but is about 0.5 in the present invention. From 7 to 1.0. For this reason, it is assumed that the average crystal grain size became slightly smaller, the variation in the grain size became smaller, and the grain size became uniform.
[0041]
Conventionally, in an Al wiring used in an LSI, since the resistance to electromigration and stress migration is reduced when Al crystal grains are miniaturized, Al is preferentially oriented to (111) to increase the crystal grains. In such an Al film, a large hillock grows because the number of triple points of crystal grains serving as sites for relaxing stress is small. In a TFT array for a liquid crystal display device, the wiring width is about 10 μm, which is larger than that of an LSI, so that electromigration and stress migration do not pose a significant problem. Rather, it is important to suppress hillocks on the Al surface to suppress interlayer short circuits. Therefore, the suppression of hillocks due to the (220) orientation and the miniaturization of crystal grains of the present invention is very desirable as a wiring for a TFT array.
[0042]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the intensity ratio of the (220) diffraction peak and the (200) diffraction peak obtained from the X-ray diffraction of the Al film and the surface hillock density. It can be seen that the hillock density decreases as the (220) / (200) ratio increases, and that the hillocks almost disappear when the (220) / (200) ratio exceeds 1.0.
[0043]
As a material of the base, not only Ta but also a metal having a crystal structure of bcc may be used. For example, Ta-N alloy, Nb, Ta-Nb alloy, Nb-N alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta-W-N Similar effects can be obtained with alloys. The material of the upper layer is not limited to pure Al, but may be an Al alloy film such as Al-Pd, Al-Ta, Al-Ta-Ti, or the like.
[0044]
The Al film of the present invention can be grown on the above alloy containing Ta whose surface is clean. In addition to the method of continuously forming a film after the formation of the base film, the formed base surface is sputter-etched. Then, a method of performing film formation after cleaning with the above method can also be adopted.
[0045]
FIG. 5 is a plan view of a scanning signal wiring for a liquid crystal display device constituted by using the above-mentioned laminated wiring material of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of an external connection terminal portion of the scanning signal wiring of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the AA plane of FIG. 6 viewed from the direction of the arrow.
[0046]
A
[0047]
According to the present embodiment, the easily corroded Al electrode is completely 2 O 3 Since a low-resistance Al electrode can be used for the scanning signal electrode while being covered with the film and being excluded from the end portion in contact with the external member, high definition and large size of the display device can be achieved. In order to reliably connect to the external member, X may be set to 0.1 cm or more. In addition, a highly corrosion-resistant Ta is arranged under the easily corroded Al electrode, 2 O 3 The structure is such that the end faces of the film and the Al electrode coincide with each other. 2 O 3 Since the external connection terminal is formed by etching away the Al electrode at the end using the film as a mask, a photomask for metal-working the connection terminal is not required, and the number of steps can be reduced. Furthermore, since the (220) -oriented Al electrode having few hillocks is used as the upper layer film, interlayer short-circuit failure can be reduced. Thus, high quality Al 2 O 3 Since the film can be used as an interlayer insulating film, interlayer short-circuit defects can be further reduced.
[0048]
FIG. 8 is a sectional view showing an end of another embodiment of the scanning signal electrode of the liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of the AA plane of FIG. 8 as viewed from the direction of the arrow.
[0049]
The scanning signal electrode of the present embodiment is composed of a three-layered conductive film including a two-layered
[0050]
According to the present embodiment, in addition to the effect similar to that of the first embodiment, Ta having a large relative dielectric constant is used. 2 O 5 Since the film can be used as a part of the gate insulating film of the TFT, the mutual conductance of the TFT is improved. Further, the generation of hillocks in the
[0051]
Embodiment 4
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a unit pixel of a liquid crystal display device configured using the scanning signal electrodes having the structure of the second embodiment.
[0052]
A scanning signal electrode composed of a
[0053]
FIG. 11 is a cross-sectional view of the external connection terminal of the scanning signal electrode of the thin film transistor substrate. Here, of the scanning signal electrodes, the surface of the
[0054]
In this embodiment, Ta is used as the base metal, but in addition to Ta, Ta-N alloy, Nb, Ta-Nb alloy, Nb-N alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti alloy are also used. A similar effect can be obtained with an -N alloy, W, a Ta-W alloy, a Ta-W-N alloy, or the like. In particular, when a metal nitride such as Ta-N or Ti-N is used, the reaction between the metal and ITO can be further suppressed, and the contact resistance can be extremely reduced.
[0055]
12 to 16 are views showing the steps of manufacturing the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of these figures is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
[0056]
In FIG. 12, a
[0057]
In FIG. 13, the surface and side surfaces of the
[0058]
In FIG. 14, Al 2 O 3 Using the
[0059]
In FIG. 15, a
[0060]
In FIG. 16, a Ti film is deposited by sputtering and patterned into a predetermined shape to obtain a
[0061]
According to this embodiment, Ta having high corrosion resistance can be used for the external connection terminal, so that high reliability can be ensured. Also, Al 2 O 3 Since the Ta electrode of the external connection terminal portion is exposed using the film as a mask, a photomask for processing the external connection terminal metal, which is conventionally required, becomes unnecessary, and the number of steps can be reduced. Furthermore, by suppressing hillocks on the Al surface, interlayer short-circuits can be reduced, and a low-resistance Al electrode can be used as the scanning signal electrode, so that a higher definition and larger size of the liquid crystal display device can be realized.
[0062]
In the above embodiments, Ta and Al were used for the scanning signal electrodes. However, the present invention is not limited to this combination, and instead of Ta, W, Nb or an alloy containing these components, for example, TaN, Nb-N, Ta -Nb-N, Ta-Ti-N or the like can be similarly used. Further, not limited to pure Al, an alloy such as Al-Pd, Al-Ta, or Al-Ti-Ta may be used.
[0063]
Furthermore, in the above embodiment, the Al formed on the surface of Al 2 O 3 Although the method of exposing the Ta electrode of the external connection terminal using the film as a mask is employed, the step of exposing the Ta electrode of the external connection terminal may be performed after removing the
[0064]
The gate SiN film or Al is applied to the plasma when the Ta electrode is exposed. 2 O 3 Since the film is not directly exposed and plasma damage does not occur in the film, good insulating properties can be maintained.
[0065]
Embodiment 5
The wiring material according to the present invention can be applied to not only the scanning signal wiring but also the video signal wiring. FIG. 17 is a sectional view of a pixel according to an embodiment in which the wiring material according to the present invention is applied to a video signal wiring. In the present embodiment, in addition to the structure of the first embodiment, the video signal wiring, the source electrode, and the capacitor electrode are formed of a stacked electrode of
[0066]
Embodiment 6
FIG. 18 is a sectional view of a pixel portion of another embodiment of the liquid crystal display device configured using the scanning signal electrodes having the structure of the second embodiment shown in FIG. FIG. 19 is a plan view of the embodiment of FIG.
[0067]
As in the embodiment, a scanning signal electrode including a
[0068]
The
[0069]
FIG. 20 is a sectional view of the a-Si:
[0070]
In the BB section in contact with the
[0071]
With the above configuration, the present embodiment has the following effects in addition to the effects described above.
[0072]
a. Since the a-Si:
[0073]
b. The channel region of the TFT is 31 P and 11 Since B is compensated for each other and the resistance is increased, the source electrode and the drain electrode can be separated without etching the n-type a-Si: H film, which is conventionally required. Can be made thinner. When the thickness of the a-Si:
[0074]
c. Since the
[0075]
22 to 29 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the embodiment shown in FIG.
[0076]
In FIG. 22, a
[0077]
In FIG. 23, an ITO film is deposited to a thickness of 110 nm by sputtering and patterned to form a
[0078]
In FIG. 24, a
[0079]
In FIG. 25, PH 3 PH +, PH without mass separation extracted from gas discharge plasma 2 Irradiation with ions such as + at a low energy of about 2 keV introduces P into the a-Si:
[0080]
In FIG. 26, the
[0081]
In FIG. 27, a Ti electrode is formed by sputtering and patterned to obtain a
[0082]
In FIG. 28, the patterns of the
[0083]
In FIG. 29, a protective SiN film is formed to complete the device.
[0084]
By adopting the above-described manufacturing process, as described above, the formation of the channel protective film, which was conventionally required when the a-Si:
[0085]
FIG. 30 is an equivalent circuit of a TFT substrate in the liquid crystal display device of the present invention. On a
[0086]
To display an image, a pulse signal is sequentially applied to the
[0087]
FIG. 31 is an equivalent circuit of another TFT substrate in the liquid crystal display device of the present invention. It is composed of a plurality of
[0088]
In the embodiment described above, an example using an inverted staggered thin film transistor is described. However, the wiring material of the present invention is not limited to this, and is similarly applied to a thin film transistor having a staggered or coplanar electrode structure. It is possible and the same effect can be obtained.
[0089]
FIG. 32 is a diagram showing a schematic cross section of a liquid crystal display device constituted by the thin film semiconductor device according to the present invention. 32 shows the cross section of one pixel portion, the left side shows the cross section of the left edge portion of the pair of
[0090]
On the
[0091]
The opposing
[0092]
The
[0093]
This liquid crystal display device is assembled by separately forming a layer on the
[0094]
Since the liquid crystal display device of the present invention can use the scanning signal electrode made of low-resistance Al, it is suitable for enlargement and high definition. In addition, since the manufacturing can be performed with a simple manufacturing process with a high yield, the cost can be significantly reduced and an inexpensive liquid crystal display device can be provided.
[0095]
The characteristic configuration of the present invention is exemplified as follows.
[0096]
1. An Al film in which the volume ratio between crystal grains oriented so that the (220) plane is parallel to the film surface and crystal grains oriented so that the (200) plane is parallel to the film surface is 0.5 or more; A wiring material including an alloy film containing Al as a main component.
[0097]
2. An Al film in which the volume ratio between crystal grains oriented so that the (220) plane is parallel to the film surface and crystal grains oriented so that the (111) plane is parallel to the film surface is 0.5 or more; A wiring material including an alloy film containing Al as a main component.
[0098]
3. A wiring material in which the ratio of the volume of the crystal grains having the second orientation direction having the second largest content to the volume of the crystal grains having the first orientation direction having the largest content is substantially 0.5 or more.
[0099]
4. Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta-W-N Stacked wiring composed of a first conductive film made of one of the alloys and a second conductive film made of Al or an alloy containing Al as a main component and formed on the first conductive film material.
[0100]
5. In the multilayer wiring material according to the above 4, the crystal grains oriented so that the (220) plane included in the Al film or the alloy film containing Al as a main component is parallel to the film surface and the (200) plane are the film surface A multilayer wiring material having a volume ratio of 0.5 or more to crystal grains oriented so as to be parallel to the multilayer wiring material.
[0101]
6. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving a liquid crystal by a thin film transistor, at least one of a scanning signal electrode and a video signal electrode is formed by crystal grains having a (220) plane oriented parallel to a film surface. A liquid crystal display device formed of a wiring material including an Al film or an alloy film containing Al as a main component, the volume ratio of which is 0.5 or more to crystal grains oriented so that the plane is parallel to the film surface.
[0102]
7. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor, at least one of a scanning signal electrode and a video signal electrode is composed of Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb alloy. A first conductive film made of one of Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, and Ta-W-N alloy; A liquid crystal display device formed of a stacked wiring material including an alloy as a component and a second conductive film formed over a first conductive film.
[0103]
8. 7. In the liquid crystal display device described in the
[0104]
9. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a liquid crystal display device including a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor, the scanning signal electrode is a laminated film of two or more conductive films including at least an Al film or an alloy film containing Al as a main component. Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta-W-N alloy A liquid crystal display device in which a conductive film made of one of these metals is arranged above and below an Al film or an alloy film containing Al as a main component.
[0105]
10. 10. The liquid crystal display device according to any one of the above items 6 to 9, wherein a coating insulating film containing Al as a base material is formed on the surface and side surfaces of the Al film or an alloy film containing Al as a main component.
[0106]
11. 10. The liquid crystal display device according to any one of the above items 6 to 9, wherein the Al film or the alloy film containing Al as a main component is present only at a position separated by 0.1 cm or more from one end of the scanning signal electrode.
[0107]
12. 12. The liquid crystal display device according to any one of the items 6 to 11, wherein a film forming at least one of the scanning signal electrode and the video signal electrode is a gate electrode of a thin film transistor.
[0108]
13. 13. The liquid crystal display device according to any one of the items 6 to 12, wherein the insulating film containing Al as a base material is an Al oxide film or a nitride film.
[0109]
14. A scanning signal electrode formed on an insulating substrate, a video signal electrode formed to cross the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a pixel connected to the thin film transistor In a liquid crystal display device having an active matrix substrate composed of electrodes and an external driving circuit connected to the active matrix substrate and driving liquid crystal by a thin film transistor, a connection terminal between the external driving circuit and a video signal electrode or a scanning signal electrode Are Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta-W A first conductive film made of one metal of the -N alloy and a transparent conductive film made of a metal oxide formed on the first conductive film. A liquid crystal display device.
[0110]
15. 6. A scanning signal electrode comprising the wiring according to any one of the above 1 to 5, a gate insulating film of a thin film transistor formed on the scanning signal electrode, a semiconductor film formed on the gate insulating film, and an intersection with the scanning signal electrode. In a liquid crystal display device including a video signal electrode formed so as to form a pixel electrode connected to a thin film transistor, and driving a liquid crystal by the thin film transistor, a semiconductor film and a gate insulating film in contact with the semiconductor film are in the same plane. A liquid crystal display device having a shape.
[0111]
16. 16. The liquid crystal display device according to the
[0112]
17. 17. In the liquid crystal display device according to the above 15 or 16, only one of n-type or p-type impurities is introduced into a region of the semiconductor film which is in contact with the source and drain metal electrodes, and into the channel portion. A liquid crystal display device into which both n-type and p-type impurities are introduced.
[0113]
18. 18. In the liquid crystal display device according to any one of the
[0114]
19. 19. In the liquid crystal display device described in the above item 18, the concentration of the n-type and p-type impurities is 10% at the surface of the semiconductor film. 21 cm -3 That is, 10 at the interface between the semiconductor film and the gate insulating film. 19 cm -3 A liquid crystal display device as follows.
[0115]
20. 20. The liquid crystal display device according to any one of the
[0116]
21. 21. The liquid crystal display device according to the
[0117]
22. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor,
a. Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta A first conductive film made of one of the -W-N alloys and Al or an alloy film containing Al as a main component are successively laminated in vacuum, processed into a predetermined pattern, and scanned. Forming at least one of an electrode and a video signal electrode
b. Forming an insulating film covering a part of the scanning signal electrode;
c. A step of removing only Al or an alloy film containing Al as a main component of the conductive film forming the scanning signal electrode using the insulating film as a mask;
A method for manufacturing a liquid crystal display device including:
[0118]
23. 23. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to the
[0119]
24. 23. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to the
[0120]
25. 22. In the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the
[0121]
26. 23. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to the
[0122]
27. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor,
a. Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta Forming a first conductive film made of one of the -W-N alloys, and forming an Al film or an alloy film containing Al as a main component thereon while keeping the surface of the first conductive film clean; Forming a scanning signal electrode or a video signal electrode by laminating and processing into a predetermined pattern
b. Forming an insulating film covering a part of the scanning signal electrode or the video signal electrode c. A step of removing only Al or an alloy film containing Al as a main component among conductive films constituting a scanning signal electrode or a video signal electrode using an insulating film as a mask;
A method for manufacturing a liquid crystal display device including:
[0123]
28. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor,
a. Ta, Ta-N alloy, Nb, Nb-N alloy, Ta-Nb alloy, Ta-Nb-N alloy, Ta-Ti alloy, Ta-Ti-N alloy, W, Ta-W alloy, Ta Forming a first conductive film made of one metal of a WN alloy
b. Step of removing a part of the surface layer of the first conductive film
c. Laminating Al or an alloy film containing Al as a main component on the first conductive film from which a part of the surface layer has been removed
d. Forming a scanning signal electrode or a video signal electrode by processing the laminated film into a predetermined pattern
e. Forming an insulating film covering a part of the scanning signal electrode or the video signal electrode;
f. A step of removing only Al or an alloy film containing Al as a main component among conductive films constituting a scanning signal electrode or a video signal electrode using an insulating film as a mask;
A method for manufacturing a liquid crystal display device including:
[0124]
29. A scanning signal electrode formed on the insulating substrate, a video signal electrode formed to intersect the scanning signal electrode, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal electrode and the video signal electrode, and a thin film transistor connected to the thin film transistor. In a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising a pixel electrode and driving liquid crystal by a thin film transistor,
a. Forming a first conductive film and Al or an alloy film containing Al as a main component on an insulating substrate in a vacuum in succession, and forming a scanning signal electrode by processing into a predetermined pattern;
b. Forming an insulating film based on a material constituting each conductive film on a part of a surface and a side surface of the scanning signal electrode;
c. A step of removing only Al or an alloy film containing Al as a main component of the conductive film forming the scanning signal electrode using the insulating film as a mask;
d. Forming a pixel electrode by forming a transparent electrode film on the entire surface of the substrate and processing it into a predetermined shape
e. Process of forming gate insulating film and semiconductor film on the whole substrate
f. Irradiating the semiconductor film with an ion beam containing phosphorus at an energy of 5 keV or less to introduce phosphorus into the semiconductor film;
g. Process of processing gate insulating film and semiconductor film into the same pattern
h. A step of depositing a conductive film and processing it into a predetermined pattern to form a video signal electrode and a source electrode
i. A step of irradiating the semiconductor film with an ion beam containing boron at an energy of 5 keV or less using the pattern of the video signal electrode and the source electrode as a mask to introduce boron into the semiconductor film;
A method for manufacturing a liquid crystal display device including:
[0125]
30. 22. An information processing apparatus comprising the liquid crystal display device according to any one of the above items 6 to 21 as display means.
[0126]
31. A liquid crystal produced by the production method according to any one of the
[0127]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the present invention, since a wiring material including an Al film or an alloy film containing Al as a main component is used, generation of hillocks on the Al surface can be suppressed. Therefore, a short circuit between wirings can be reduced when a display device or the like is configured.
[0128]
When the multilayer wiring is used for the scanning signal electrode of the liquid crystal display device, the interlayer dielectric strength between the scanning signal electrode and the video signal electrode increases. As a result, it is possible to reduce the short-circuit defect and reduce the resistance of the scanning signal electrode, thereby achieving an increase in the size and definition of the display screen.
[0129]
Further, when the entire surface of Al is covered with an insulating film containing Al as a base material, Al is not exposed to chemicals and the like, so that corrosion resistance can be ensured and hillock generation on the Al surface is further suppressed. it can.
[0130]
When the external connection terminal is constituted by one metal and a transparent conductive film made of a metal oxide formed thereon, the chemical resistance of the terminal is improved, and the insulating barrier layer formed by the reaction between the transparent conductive film and the metal forms an interface. Is difficult to form. Therefore, an increase in the contact resistance of the connection terminal can be prevented, and a highly reliable connection terminal can be obtained.
[0131]
Such a structure can be formed by etching and removing Al using the insulating film formed on the Al surface as a mask. Therefore, the above-described structure can be formed with only one photomask, and at the same time, the effects of reducing the number of steps, securing corrosion resistance, reducing short-circuit defects, and reducing the resistance of the scanning signal electrode can be obtained.
[0132]
A pixel electrode made of a transparent conductive film is arranged below the semiconductor film and the gate insulating film, and the semiconductor film and the gate insulating film are extended along the video signal electrode as a pattern wider than the video signal electrode, and the pixel electrode pattern , The pixel electrode and the video signal electrode can be separated. In this way, even if the distance between the pixel electrode and the video signal electrode is reduced while preventing the short circuit between the pixel electrode and the video signal electrode, pixel defects due to the short circuit can be reduced. Further, the width of the pixel electrode is increased, and the pixel aperture ratio is improved. Therefore, in addition to features such as a reduction in the number of steps, a high yield, low resistance wiring, and an improvement in the reliability of the terminal portion, a liquid crystal display device with low defects and high luminance can be realized.
[0133]
As a result, in a minimum photolithography process, a liquid crystal display device having a low-resistance scan signal electrode with few hillocks and an external connection terminal with high corrosion resistance, a small pixel defect density, and a large pixel aperture ratio can be obtained. It is possible to simultaneously increase the size, increase the definition, and reduce the cost of the liquid crystal display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a laminated wiring material according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of surface irregularities of an
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of an Al thin film used for the wiring of the present invention in comparison with an X-ray diffraction pattern of a conventional Al film.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the intensity ratio of the (220) diffraction peak and the (200) diffraction peak obtained from the X-ray diffraction of the Al film and the surface hillock density.
FIG. 5 is a plan view of a scanning signal wiring for a liquid crystal display device formed using the laminated wiring material of the present invention.
6 is a cross-sectional view of an external connection terminal portion of the scanning signal wiring of FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the AA plane of FIG. 6 as viewed from the direction of the arrow.
FIG. 8 is a sectional view showing an end of another embodiment of the scanning signal electrode of the liquid crystal display device according to the present invention.
9 is a cross-sectional view of the AA plane of FIG. 8 as viewed from the direction of the arrow.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a unit pixel of a liquid crystal display device configured using the scanning signal electrodes having the structure of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 11 is a sectional view of an external connection terminal of a scanning signal electrode of the thin film transistor substrate.
FIG. 12 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of the figure is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
FIG. 13 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of the figure is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of the figure is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of the figure is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
FIG. 16 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin-film semiconductor device of the embodiment. The right side of the figure is a diagram showing a cross section in each step of the scanning signal electrode terminal portion.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a pixel according to an embodiment in which the wiring material of the present invention is applied to a video signal wiring.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a pixel portion of another embodiment of the liquid crystal display device configured using the scanning signal electrodes having the structure of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 19 is a plan view of the embodiment of FIG.
20 is a diagram showing the inside of an a-Si:
21 is a diagram showing the inside of an a-Si:
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 26 is a sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 27 is a sectional view showing the manufacturing process of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the embodiment in FIG. 18;
FIG. 30 is an equivalent circuit of a TFT substrate in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 31 is an equivalent circuit of another TFT substrate in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 32 is a diagram showing a schematic cross section of a liquid crystal display device constituted by the thin film semiconductor device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Glass substrate
10 Ta electrode
11 Al electrode oriented on (220) plane
13 Pixel electrode
14 Video signal electrode
15 Source electrode
16 capacity electrode
20 Ta 2 O 5 film
21 Al 2 O 3 film
22 Gate SiN electrode
23 Protected SiN film
30 a-Si: H film
31 n-type a-Si: H film
140 External connection terminal
141, 151, 161 Ta film
142, 152, 162 Al film
200 scanning signal circuit
210 Video signal circuit
505 Polarizing plate
506 liquid crystal layer
507 Color filter
508 Opposing glass substrate
510 Counter electrode
511 Color filter protective film
512 Light shielding film
BL backlight
ORI alignment film
SL sealing material
SIL silver paste material
Claims (3)
a.前記絶縁基板上に金属の第1の導電膜と、AlまたはAlを主成分とする合金膜とを積層し、前記第1の導電膜と前記AlまたはAlを主成分とする合金膜とを略同一パターンに加工して前記走査信号電極を形成する工程
b.前記走査信号電極の一部を被覆する前記絶縁膜を形成する工程
c.前記走査信号電極の外部駆動回路に接続する端子部分について、前記絶縁膜をマスクとして前記走査信号電極を構成する導電膜のうちAlまたはAlを主成分とする合金膜を除去する工程
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 A scanning signal electrode formed on an insulating substrate and at least partially covered by an insulating film, a video signal electrode formed to intersect with the scanning signal electrode, and a scan signal electrode and the video signal electrode; A method for manufacturing a liquid crystal display device having a thin film transistor formed near an intersection.
a. A first conductive film of metal and Al or an alloy film containing Al as a main component are laminated on the insulating substrate, and the first conductive film and the Al or Al-based alloy film as a main component are substantially Forming the scanning signal electrode by processing into the same pattern b. Step of forming the insulating film covering a portion of the scanning signal electrode c. A step of removing, from the conductive film forming the scanning signal electrode, Al or an alloy film containing Al as a main component, using the insulating film as a mask, for a terminal portion of the scanning signal electrode connected to an external drive circuit. Characteristic manufacturing method of a liquid crystal display device.
前記工程cの後に、
d.前記端子部分について、前記第1の導電膜上に透明導電膜を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 1,
After the step c,
d. A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising a step of forming a transparent conductive film on the first conductive film for the terminal portion.
前記工程dでは、前記透明導電膜は、前記絶縁膜上にも前記端子部分から連続して形成する
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 2,
In the step (d), the transparent conductive film is formed continuously on the insulating film from the terminal portion.
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