JP4251945B2 - 液晶表示装置用アレイ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は液晶表示装置に係り、特に、ゲート配線とデータ配線を抵抗値が小さい金属物質で形成した液晶表示装置用アレイ基板およびその製造方法に関する。
一般的に、液晶表示装置は、液晶分子の光学的異方性と複屈折特性を利用して画像を表現するものであって、電界が印加されると液晶の配列が変わり、その変わった液晶の配列方向によって光が透過される特性も変わる。
一般的に、液晶表示装置は、電界生成電極が各々形成されている両基板を、両電極が形成されている面が向かい合うように配置し、両基板間に液晶物質を注入した後に、両電極に電圧を印加して電界を生成し、この電界により液晶分子を動かすことによって光の透過率を変えて画像を表現するものである。
図１は、一般的な液晶表示装置の構成を概略的に示した図である。図示したように、一般的なカラー液晶表示装置１１は、上部基板５と下部基板２２から構成されている。上部基板５は、各サブカラーフィルター８の間に構成されたブラックマトリックス６を含むカラーフィルター７と、前記カラーフィルター７の上部に蒸着された共通電極１８から形成されている。一方、下部基板２２は、画素電極１７とスイッチング素子Ｔｒが構成された画素領域Ｐと、画素領域Ｐの周辺のアレイ配線から形成されている。さらに、上部基板５と下部基板２２の間には液晶１４が充填されている。
前記下部基板２２は、アレイ基板とも称し、スイッチング素子Ｔｒである薄膜トランジスタがマトリックス形態で配置されている。このような配置の複数の薄膜トランジスタを交差するように、ゲート配線１３とデータ配線１５が形成されている。
この時、前記画素領域Ｐは、交差する前記ゲート配線１３とデータ配線１５によって定義される領域であり、前記画素領域Ｐ上には前述したように透明な画素電極１７が形成される。前記画素電極１７は、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）のように光の透過率が比較的優れた透明導電性金属が用いられる。
前記画素電極１７と並列に連結したストレージキャパシターＣがゲート配線１３の上部に形成される。ストレージキャパシターＣの第１電極にはゲート配線１３の一部が用いられ、第２電極にはソース電極及びドレイン電極と同一層同一物質で形成されたアイランド状のソース／ドレイン金属層３０が用いられる。この時、前記ソース／ドレイン金属層３０は、画素電極１７と接触しており、画素電極の信号を受けるように構成されている。
図２は一般的な液晶表示装置用アレイ基板の一画素を拡大して示した拡大平面図である。図示したように、基板５０上には一方向に延びたゲート配線６２と、これとは垂直に交差して画素領域Ｐを定義するデータ配線７６が構成されている。ゲート配線６２とデータ配線７６を信号線と称する。
前記ゲート配線６２とデータ配線７６との交差地点には、ゲート電極６０、アクティブ層６６、ソース電極７０及びドレイン電極７２を含むスイッチング素子Ｔｒである薄膜トランジスタが構成されている。また、画素電極８０が、前記ドレイン電極７２と接触して前記画素領域Ｐ内に形成されている。さらに、画素電極８０と金属層７４とが連結してストレージキャパシターＣが形成されている。
前述した構成において、前記ゲート配線６２は、信号遅延を防止するために、低抵抗金属であるアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）が主に使われる。しかし、前記アルミニウム系金属は化学的に耐蝕性が弱く、これを保護するためにクロム（Ｃｒ）またはモリブデン（Ｍｏ）を保護層とした二重金属層が形成される。
ところが、前記アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）、またはアルミニウム（Ａｌ）とモリブデン（Ｍｏ）層は、各々同一な溶液でエッチングを行ってもエッチング比率が合わないため、これらをパターニングするには複雑な工程が伴う。
以下、図３Ａないし図３Ｆを参照しながら説明する。図３Ａないし図３Ｆは、一般的な液晶表示装置用アレイ基板の工程断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した断面において、一般的なアレイ基板の製造工程順序に従った工程断面図を示したものである。まず、図３Ａに示したように、基板５０上にスイッチング領域Ｔと画素領域Ｐを定義する。そしてこのような領域Ｔ、Ｐが定義された基板５０の全面にアルミニウム（Ａｌ）とモリブデン（Ｍｏ）を順次蒸着して、第１金属層５２と第２金属層５４を形成する。
次に、前記第１金属層５２及び第２金属層５４が積層された基板５０の全面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ：以下"ＰＲ"と称する）を塗布してパターニングして、前記スイッチング領域Ｔの一部と前記画素領域Ｐの縁部分にＰＲパターン５６を形成する。
前記ＰＲパターン５６間に露出された第２金属層５４とその下部の第１金属層５２を同一なエッチング溶液でエッチングすれば、図３Ｂに示したように、２ヶ所の前記ＰＲパターン５６の下部にだけ第１金属層５８ａと第２金属層５８ｂが残る。
ところが、前記第１金属層（アルミニウム層）５８ａは、第２金属層（モリブデン層）５８ｂに比べてエッチング比率が速い。その結果、図示したように第２金属層（モリブデン層）５８ｂの下部で前記第１金属層（アルミニウム層）５８ａがオーバーエッチングされ、両金属層はオーバーハング（ｏｖｅｒｈａｎｇ）構造を形成する。
前記オーバーハング構造をそのまま用いれば、以後の工程で形成される構成の断線または蒸着不良により絶縁特性が悪くなり、エッチング液が流れ込んで金属層の腐蝕を誘発する恐れがある。
したがって、前記オーバーハング構造を形成する第１金属層５８ａ及び第２金属層５８ｂの側面を、連続した傾斜面を有するように整える工程が必要である。このために、乾式エッチング工程を利用して、図３Ｃに示したように、前記ＰＲパターン５６とその下部の第２金属層５８ｂの周辺を削ることにより、前記第２金属層５８ｂの側面と第１金属層５８ａの側面が連続した傾斜面を有する構造、すなわちオーバーハングをなくした構造とすることができる。
次に、前記残された第１金属層５８ａ及び第２金属層５８ｂの上部のＰＲパターン５６を除去する工程を進行する。この結果、図３Ｄに示したように、前記スイッチング領域Ｔ内にアルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）で構成されたゲート電極６０が形成されるとともに、これに連結され、前記画素領域Ｐの一側に延びたゲート配線６２が形成される。
続いて、前記ゲート電極６０とゲート配線６２が形成された基板５０の全面に、窒化シリコン（ＳｉＮX）あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2）などに代表されるような無機絶縁物質グループのうち選択された一つを蒸着してゲート絶縁膜６４を形成する。
次に、図３Ｅに示したように、前記ゲート絶縁膜６４が形成された基板５０の全面に非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と不純物が含まれた非晶質シリコン層（ｎ+ａ−Ｓｉ：Ｈ）を積層してパターニングして、前記ゲート電極６０上部のゲート絶縁膜６４上にアクティブ層６６とオーミックコンタクト層６８を形成する。
次に、前記オーミックコンタクト層６８が形成された基板５０の全面にアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金と、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）等の導電性金属とを蒸着してパターニングする。これにより、前記オーミックコンタクト層６８と接触し、所定間隔離隔されたソース電極７０およびドレイン電極７２が形成されるとともに、前記ソース電極７０から延びて前記ゲート配線６２と垂直に交差するデータ配線７６が形成される。同時に、前記ゲート配線６２の上部にアイランド状の金属層７４が形成される。
次に、図３Ｆに示したように、前記ソース電極７０、ドレイン電極７２、およびデータ配線７６が形成された基板５０の全面に、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）あるいはアクリル（ａｃｒｙｌ）系樹脂（ｒｅｓｉｎ）などに代表されるような有機絶縁物質グループのうち選択された一つを塗布して保護膜７８を形成する。
続いて、前記保護膜７８をパターニングして、前記ドレイン電極７２の一部と前記アイランド状の金属層７４の一部を露出する工程を進行する。
次に、前記保護膜７８が形成された基板５０の全面に、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）あるいはインジウム−亜鉛−オキサイド（ＩＺＯ）などに代表されるような透明な導電性金属グループのうち選択された一つを蒸着してパターニングして、画素電極８０を形成する。この画素電極８０は、前記ドレイン電極７２及びアイランド状の金属層７４と接触しており、画素領域Ｐ内に配置されている。
前述したような工程を通すことにより、液晶表示装置用アレイ基板を製作できる。しかし、前述した工程は、前記ゲート電極及びゲート配線をパターニングするために２回のエッチング工程を行わなければならないために工程が長くなり、費用面で不利であるとともに収率低下を招く問題がある。
また、電極材料としてアルミニウムを含んでいるために、液晶表示装置が大面積・高解像度になるほど抵抗の問題が大きくなり、これによる信号遅延のために画質が悪化する問題がある。
本発明は前述したような問題を解決するために提案されたものであって、前記ゲート配線及びデータ配線を、抵抗値が低く化学的に耐蝕性が強い銅（Ｃｕ）で形成する方法を提案する。
銅（Ｃｕ）は、ガラス基板とは界面特性がよくなく、シリコン（Ｓｉ）成分とは化学的反応を起こしやすく、抵抗値が高まる問題がある。そこでこの問題を解決するために、前記銅層の下部に銅化合物を形成する。前記銅と銅化合物は、一括エッチングが可能であるために、工程が複雑でない長所がある。
前述した目的を達成するための本発明による液晶表示装置用アレイ基板の製造方法は、反応チャンバー内で銅と化学的に結合することができるＮＨ３またはＮ２が流れる状態で、基板上に銅化合物層を形成する段階と、アルゴンガス雰囲気で、前記銅化合物層上に銅層を形成する段階と、側面が連続した傾斜面を有するように、前記銅化合物層と銅層をエッチングして銅層の上面の幅が銅化合物層の上面の幅より短いゲート配線及びゲート電極を形成する段階と、前記ゲート配線及び前記ゲート電極の上部に、前記銅層と接触するゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にアクティブ層及びオーミックコンタクト層を形成する段階と、前記アクティブ層及び前記オーミックコンタクト層を含む前記基板上に、窒化銅化合物層及び銅層を順次形成して、前記銅化合物層及び前記銅層をエッチングしてデータ配線とソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ドレイン電極に連結された画素電極を形成する段階とを含み、前記ゲート電極及び前記ゲート配線の前記銅化合物層は、前記ゲート電極及び前記ゲート配線の前記銅層が前記基板から浮き上がる不良を防止し、前記データ配線と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の前記銅化合物層は、前記データ配線と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の前記銅層が前記オーミックコンタクト層のシリコン成分と反応することを防止する。
本発明による液晶表示装置用アレイ基板は、ゲート配線とデータ配線を形成するために低抵抗である銅（Ｃｕ）を用い、銅配線の下部に銅化合物層をさらに形成した構成を有することにより、高解像度を有する大面積液晶表示装置を製作することが可能となり、従来とは違って工程が単純化されて収率を改善する効果がある。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明による望ましい実施例を説明する。
本発明は、ゲート配線とデータ配線を銅により形成し、この時銅配線の下部に銅化合物層をさらに形成した構成を有することを特徴とする。
以下、図４Ａないし図４Ｅを参照して、本発明による液晶表示装置用アレイ基板の製造工程を説明する。図４Ａないし図４Ｅは、本発明に係る液晶表示装置用アレイ基板の工程断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した断面において、本発明のアレイ基板の製造工程順序に従った工程断面図を示したものである。平面的な構成が図２と同一であるのでこれを参照しながら順に説明する。
まず、図４Ａに示したように、基板１５０上にスイッチング領域Ｔと画素領域Ｐを定義する。そしてこのような領域Ｔ、Ｐが定義された基板１５０の全面にスパッタリング法で銅を蒸着するが、この時に蒸着チャンバー内にＮＨ3あるいはＮ2等の反応性ガスを流すことにより、基板１５０上に銅化合物（ＣｕXＮ）層１５２を形成する。
前記銅化合物層１５２は、銅層とエッチング比率が同一であり、エッチング液により銅と同様に反応する長所を有する。続いて、アルゴン（Ａｒ）のような非反応性ガス雰囲気で、前記銅化合物層１５２の上部に銅層１５４を形成する。さらに、前記銅層１５４が形成された基板１５０の全面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布してパターニングして、前記スイッチング領域Ｔの一部と前記画素領域Ｐの一側を経由して一方向に延びた部分の２ヶ所にＰＲパターン１５６を形成する。
次に図４Ａに示すように、前記ＰＲパターン１５６間に露出された銅層１５４とその下部の銅化合物層１５２を一括エッチングする。これにより、図４Ｂに示すように、２ヶ所のＰＲパターン１５６で覆われた部分に相当する銅化合物層１５８ａと銅層１５８ｂだけが残り、なおかつそれらの側面が連続した傾斜面を有するようにパターニングされたゲート電極１６０とゲート配線１６２が形成される。その後、前記ＰＲパターン１５６を除去する。
この結果、前記ゲート電極１６０とゲート配線１６２の下部には、ともにパターニングされた銅化合物層１５８ａが存在する。これらの銅化合物層１５８ａは、銅層１５８ｂで形成されたゲート電極１６０とゲート配線１６２が基板１５０から浮き上がる不良を防止する役割を果たす。
図４Ｃに示したように、前記ゲート電極１６０とゲート配線１６２が形成された基板１５０の全面に、窒化シリコン（ＳｉＮX）あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2）などに代表されるような無機絶縁物質グループのうち選択された一つを蒸着してゲート絶縁膜１６４を形成する。
次に、前記ゲート絶縁膜１６４が形成された基板１５０の全面に非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と不純物が含まれた非晶質シリコン層（ｎ+ａ−Ｓｉ：Ｈ）を積層してパターニングして、前記ゲート電極１６０上部のゲート絶縁膜１６４上にアクティブ層１６６とオーミックコンタクト層１６８を形成する。
次に、図４Ｄに示したように、前記オーミックコンタクト層１６８が形成された基板１５０の全面に先に説明したように、銅化合物層と銅層を積層してパターニングする。これにより、前記オーミックコンタクト層１６８の上部で相互に離隔して構成されたソース電極１７０およびドレイン電極１７２が形成されるとともに、前記ソース電極１７０から延びたデータ配線１７６が形成される。同時に、前記ゲート配線１６２の上部の一部にアイランド状の金属層１７４が形成される。
すなわち、ソース電極１７０、ドレイン電極１７２、データ配線１７６及びアイランド状の金属層１７４はすべて銅と銅化合物の二重層を形成する。ここで下部の前記銅化合物層は、前記銅層がオーミックコンタクト層１６８のシリコン成分と反応することを防止する役割を果たす。
前記ソース電極１７０及びドレイン電極１７２が形成された基板１５０の全面に、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）あるいはアクリル（ａｃｒｙｌ）系樹脂（ｒｅｓｉｎ）などに代表されるような有機絶縁物質グループのうち選択された一つを塗布して保護膜１７８を形成する。
続いて、前記保護膜１７８をパターニングして、前記ドレイン電極１７２の一部とアイランド状の金属層１７４の一部を露出させ、ドレインコンタクトホール１３２およびストレージコンタクトホール１３４を形成する。
次に、図４Ｅに示したように、前記保護膜１７８が形成された基板１５０の全面にインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）あるいはインジウム−亜鉛−オキサイド（ＩＺＯ）などの透明な導電性金属グループのうちの選択された一つを蒸着してパターニングして、画素電極１８０を形成する。この画素電極８０は、前記ドレイン電極１７２及びアイランド状の金属層１７４と接触しており、画素領域Ｐ内に配置されている。
前述したような工程を通すことにより、本発明による液晶表示装置用アレイ基板を製作できる。前述したような工程において、前記銅配線（ゲート配線、データ配線）の下部に銅化合物層をさらに形成した構成を取ることにより、銅配線の浮き上がる現象や銅配線がシリコン成分と反応することを防止できる。これにより、銅配線をゲート配線及びデータ配線として用いることが可能となる。
５ 上部基板、６ ブラックマトリックス、７ カラーフィルター、８ サブカラーフィルター、１１ カラー液晶表示装置、１３ ゲート配線、１４ 液晶、１５ データ配線、１７ 画素電極、１８ 共通電極、２２ 下部基板、３０ アイランド状のソース／ドレイン金属層、５０ 基板、５２ 第１金属層、５４ 第２金属層、５６ ＰＲパターン、５８ａ 第１金属層、５８ｂ 第２金属層、６０ ゲート電極、６２ ゲート配線、６４ ゲート絶縁膜、６６ アクティブ層、６８ オーミックコンタクト層、７０ ソース電極、７２ ドレイン電極、７４ 金属層、７６ データ配線、７８ 保護膜、８０ 画素電極、１３２ ドレインコンタクトホール、１３４ ストレージコンタクトホール、１５０ 基板、１５２ 銅化合物層、１５４ 銅層、１５６ ＰＲパターン、１５８ａ 銅化合物層、１５８ｂ 銅層、１６０ ゲート電極、１６２ ゲート配線、１６４ ゲート絶縁膜、１６６ アクティブ層、１６８ オーミックコンタクト層、１７０ ソース電極、１７２ ドレイン電極、１７４ アイランド状の金属層、１７６ データ配線、１７８ 保護膜、１８０ 画素電極。
Claims (3)
- 反応チャンバー内で銅と化学的に結合することができるＮＨ３またはＮ２が流れる状態で、基板上に銅化合物層を形成する段階と、
アルゴンガス雰囲気で、前記銅化合物層上に銅層を形成する段階と、 側面が連続した傾斜面を有するように、前記銅化合物層と銅層をエッチングして銅層の上面の幅が銅化合物層の上面の幅より短いゲート配線及びゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート配線及び前記ゲート電極の上部に、前記銅層と接触するゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上にアクティブ層及びオーミックコンタクト層を形成する段階と、
前記アクティブ層及び前記オーミックコンタクト層を含む前記基板上に、窒化銅化合物層及び銅層を順次形成して、前記銅化合物層及び前記銅層をエッチングしてデータ配線とソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
前記ドレイン電極に連結された画素電極を形成する段階と
を含み、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線の前記銅化合物層は、前記ゲート電極及び前記ゲート配線の前記銅層が前記基板から浮き上がる不良を防止し、前記データ配線と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の前記銅化合物層は、前記データ配線と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の前記銅層が前記オーミックコンタクト層のシリコン成分と反応することを防止する
ことを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜は、窒化シリコンと酸化シリコンのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置用アレイ基板の製造方法。
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