JP2004165289A

JP2004165289A - アクティブマトリクス基板、その製造方法および表示装置

Info

Publication number: JP2004165289A
Application number: JP2002327171A
Authority: JP
Inventors: Toru Daito; 徹大東
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP4190259B2

Abstract

【解決手段】ゲート配線２２および／またはゲート電極２１は、アルミニウム以外の金属を含有する第１層、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第２層およびアルミニウム以外の金属を含有する第３層が順次積層された構造を有するテーパー状であり、側面に炭素およびフッ素を含有する重合物６が形成されている。
【効果】ゲート配線２２および／またはゲート電極２１のテーパー側壁からのヒロック発生を防止することができるので、上層の半導体層４１等とのリークを防止することができる。ゲート配線２２および／またはゲート電極２１は、良好なステップカバレッジを維持することができるので、ソース電極６１ａやドレイン電極６１ｂの断線を防止することができる。したがって、歩留り良く製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス基板、その製造方法および表示装置に関する。本発明のアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、無機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、真空蛍光表示（ＶＦＤ）装置、電子ペーパーなどの各種表示装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、アルミニウムなどからなるゲート電極線にテーパーエッチを施したＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイが開示されている。このＴＦＴアレイによれば、低抵抗化を図るために、ゲート電極線を厚膜とした場合でも、ゲート電極線上に形成されるソース電極線の断線、ゲート電極線とソース電極線との間の短絡を防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１−２７２７７６号公報
【０００４】
また、特許文献２には、側壁上部がテーパーを有するアルミニウム配線パターンが開示されている。この配線パターン上にシリコン酸化膜等を形成した場合に、優れたカバレッジを実現することができる。
【０００５】
【特許文献２】
特開平３−２５７９２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のゲート電極線や特許文献２に記載の配線パターンは、アルミニウムがテーパー部で必ず露出する構造であるので、プラズマ化学気相成長法によりゲート絶縁膜を形成する際に、アルミニウムのテーパー部からヒロック（突起）が発生する。ヒロックが発生すると、絶縁膜の絶縁性が低下する。
【０００７】
また、テーパー状の配線が、アルミニウム層の上層に他の層が成膜された多層構造である場合、アルミニウムの熱シュリンクによって、配線がテーパー状からキノコ状に変形して、ステップカバレッジを維持できなくおそれがある。したがって、製造歩留りが低下して、製造コストが上昇するおそれがある。
【０００８】
本発明は、ヒロック発生を防止すること、さらに良好なステップカバレッジを維持することによって、アクティブマトリクス基板を歩留り良く製造することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に設けられたゲート配線と、前記ゲート配線と電気的に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して形成された半導体層と、前記半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と電気的に接続されたソース配線と、前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極とを有し、前記画素電極がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板であって、前記ゲート配線および／または前記ゲート電極は、アルミニウム以外の金属を含有する第１層、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第２層およびアルミニウム以外の金属を含有する第３層が順次積層された構造を有するテーパー状であり、側面に炭素およびフッ素を含有する重合物が形成されている。
【００１０】
前記第１層はチタン層であり、前記第３層は窒化チタン層であることが好ましい。
【００１１】
本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、本発明のアクティブマトリクス基板を製造する方法であって、前記絶縁性基板上に、アルミニウム以外の金属を含有する第１膜、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第２膜およびアルミニウム以外の金属を含有する第３膜が順次積層された構造を有する積層膜を形成する工程と、前記積層膜をプラズマエッチングによりエッチングして、前記ゲート配線および前記ゲート電極を形成する工程と、フッ素系ガスおよび酸素ガスに晒すことによって、前記ゲート配線および前記ゲート電極それぞれの側面に前記重合物を形成する工程とを含む。
【００１２】
本発明の表示装置は、本発明のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向電極の間隙に介在する表示媒体層とを有する。「表示媒体層」とは、互いに対向する電極間の電位差により光透過率が変調される層、または互いに対向する電極間を流れる電流により自発光する層である。表示媒体層は、例えば液晶層、無機または有機ＥＬ層、発光ガス層、電気泳動層、エレクトロクロミック層などである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本実施形態のアクティブマトリクス基板を模式的に示す部分的な平面図である。本実施形態のアクティブマトリクス基板は、ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁性基板上に形成され、マトリクス状に配置された複数のＴＦＴを有する。ＴＦＴは、ゲート電極２１、ゲート電極２１を覆うゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上に形成されたシリコンなどの半導体層４１、半導体層４１上にそれぞれ形成されたソース電極６１ａおよびドレイン電極６１ｂから主として構成されている。
【００１５】
ＴＦＴのゲート電極２１は、互いに平行で行方向に延びる複数の走査（ゲート）配線２２と電気的に接続され、ＴＦＴのソース電極６１ａは、互いに平行で列方向に延びる複数の映像（ソース）配線６１と電気的に接続されている。ＴＦＴのドレイン電極６１ｂは、コンタクトホール１２において画素電極９と電気的に接続されている。
【００１６】
本実施形態のアクティブマトリクス基板を製造する工程のうち、まずゲート電極２１の形成工程について説明する。なお、ゲート配線２２とゲート電極２１とは、ともに同じ工程により形成されるので、説明を簡略化するために、ゲート配線２２の形成工程の説明を省略する。
【００１７】
図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、ゲート電極２１の形成工程を説明するための模式的な断面図である。まず、ガラスなとからなる絶縁性基板５（図２（Ａ））上に、スパッタ法により、第１層としてチタン（Ｔｉ）薄膜４、第２層としてアルミニウム合金薄膜３、第３層として窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜２を順次に形成する（図２（Ｂ））。アルミニウム合金としては、ＡｌＮｄやＡｌＳｃなどが挙げられる。また、アルミニウム合金に代えて、アルミニウムを用いても良い。ただし、ヒロック発生防止の観点からは、アルミニウムよりもアルミニウム合金を用いるのが望ましい。
【００１８】
アルミニウム合金薄膜３の下にＴｉ薄膜４を形成するのは、アルミニウムのヒロック発生防止のためである。また、絶縁性基板５上にアルミニウム合金薄膜３を直接成膜した場合、結晶粒が無秩序状態となり、ヒロックの発生し易い膜となるからである。
【００１９】
アルミニウム合金薄膜３の上にＴｉＮ薄膜２を形成するのは、アルミニウム合金薄膜３のキャップメタルとして、アルミニウムのヒロック発生防止のためである。また、窒化シリコン膜等のゲート絶縁膜との密着性を向上させるためである。
【００２０】
次に、スピンコート法によって、ポリイミド系樹脂からなるレジストを厚さ２．１ μｍに塗布し、加熱温度（９５〜１２０ ℃）でベークし、加熱硬化させる。さらに、露光工程、現像工程を経て、マスクパターンであるレジスト１を形成する（図２（Ｃ））。本実施形態では、マスクパターンの線幅を１３．５μｍとした。また、レジスト１の膜厚は１．８ μｍとした。
【００２１】
レジスト１をマスクとし、リアクティブイオンエッチング装置（平行平板型の高周波プラズマエッチング装置）を使用して、プラズマエッチングを行う。これによって、ＴｉＮ／Ａｌ合金／Ｔｉの積層膜からなるテーパー状のゲート電極２１が形成される（図２（Ｄ））。
【００２２】
このとき、エッチングガスとして、塩素を含む混合ガスを用いる。さらに、同装置を用いて、連続してフッ素系ガス（ＣＦ_４）および酸素ガス（Ｏ_２）の混合ガスに晒すことにより、ゲート電極２１の上層メタル（ＴｉＮ）２をエッチングするとともに、積層構造を有するゲート電極２１の側壁（以下、「テーパー側壁」ともいう。）に、炭素およびフッ素を含有する重合物６を付着させる（図２（Ｅ））。この重合物６は、エッチングにより混合ガス中に含まれていたＴｉも含有する。重合物６の膜厚は、５０ｎｍ以上が好ましい。なお、重合物６中の元素は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）などを用いた成分解析により確認することができる。
【００２３】
ゲート電極２１のテーパー側壁に重合物６を形成することによって、アルミニウムの熱シュリンクによるステップカバレッジ悪化を防止することができる。具体的には、アルミニウムの熱シュリンクが生じて、重合物６の下のアルミニウム合金薄膜３が凹んだ場合でも、重合物６の形成によって、テーパー形状（台形状）が維持される。したがって、ゲート電極２１上に形成されるソース電極６１ａ等の断線を防止することができる。また、重合物６の形成によって、テーパー部でアルミニウムが露出しなくなるので、キャップメタルと同様の効果により、アルミニウムからのヒロックの発生を防止することができる。
【００２４】
フッ素系ガスと酸素ガスとの混合比は、２０／１００程度である。本実施形態では、エッチングガス流量をＣＦ_４ガス／酸素ガス＝３００／３００（ｓｃｃｍ）とし、反応圧力は５０ｍＴｏｒｒとした。また、ＲＦ（高周波）電力は１０００Ｗとした。なお、「ｓｃｃｍ」とは、０℃において毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
【００２５】
本実施形態では、フッ素系ガスとしてＣＦ_４ガスを用いたが、ＣＨＦ_３などの他のフルオロカーボンを用いても良く、また２種以上のフルオロカーボンを混合した混合ガスを用いても良い。
【００２６】
レジスト剥離工程（図２（Ｆ））において、レジスト１を剥離して、ゲート配線２２およびこれと電気的に接続されるゲート電極２１が形成される。このように、塩素系ガスによるエッチングの後、同一チャンバーにおいて、フッ素系ガスと酸素ガスとのプラズマ処理により、上層金属をエッチングし、テーパー側壁に重合物６をデポジションさせる。これにより、テーパー形状の維持、ヒロック発生防止、良好なステップカバレッジの維持が達成される。
【００２７】
図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、アクティブマトリクス基板を製造する工程を模式的に示す、図１中のＡ−Ａ’線断面図であり、ゲート電極２１およびゲート配線２２の形成後の工程を示している。プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚４１０ｎｍ程度の窒化シリコン膜（保護膜）３１、真性アモルファスシリコン膜４１、リン（Ｐ）をドープしたｎ^＋アモルファスシリコン膜５１を形成した後、フォトリソ法により、ゲート電極２１上に真性アモルファスシリコン層４１およびｎ^＋アモルファスシリコン層５１が積層された島状パターンを形成する（図３（Ａ））。
【００２８】
スパッタ法により、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）薄膜をこの順に連続成膜し、フォトリソ法により、ソース配線６１およびそれと電気的に接続されるソース電極６１ａ、ドレイン電極６１ｂを形成する。さらに、窒化シリコン膜（保護膜）７を基板全面に形成する（図３（Ｂ））。ソース電極６１ａとドレイン電極６１ｂは、ゲート電極２１上に形成される前記島状パターンと、その一部が重畳するように形成される。これにより、薄膜トランジスタ１００が形成される。
【００２９】
スピンコート法により、アクリル系感光性樹脂を塗布し、マスクによる露光によって、ドレイン電極６１ｂ上の層間絶縁膜８にコンタクトホール１２を形成する（図３（Ｃ））。層間絶縁膜８をマスクとして、コンタクトホール１２内で露出した保護膜７をエッチングする（図３（Ｄ））。
【００３０】
スパッタ法により、透明導電膜であるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を成膜し、フォトリソ法によりパターニングを行って、画素電極９を形成する。画素電極９は、コンタクトホール１２においてドレイン電極６１ｂと接続されている。
【００３１】
さらに、図示しないが、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコン膜を形成し、その上にポリイミドからなる配向膜を形成する。配向膜には、ラビング法による配向処理が施される。以上の工程により、本実施形態のアクティブマトリクス基板が製造される。
【００３２】
本実施形態のアクティブマトリクス基板によれば、ゲート電極２１のテーパー側壁に重合物６が形成されているので、アルミニウムの熱シュリンクが生じても、テーパー形状が維持される。これにより、ゲート電極２１上に形成されたソース電極６１ａやドレイン電極６１ｂの断線を防止することができる。また、アルミニウムからのヒロック発生が防止されるので、半導体層４１などへのリークを防止することができる。したがって、本実施形態のアクティブマトリクス基板を歩留り良く製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００３３】
本実施形態では、第１層としてチタン（Ｔｉ）薄膜４を形成しているが、アルミニウム以外の金属を含有する層であれば、チタン薄膜４に限定されない。例えば、タンタル、モリブデンなどを含有する層を第１層として形成しても良い。
【００３４】
また、本実施形態では、第３層として窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜２を形成しているが、アルミニウム以外の金属を含有する層であれば、窒化チタン薄膜２に限定されない。例えば、チタン（Ｔｉ）薄膜や、タンタルなどを含有する層を第３層として形成しても良い。
【００３５】
（実施形態２）
次に、本発明の表示装置について説明する。本発明の表示装置は、表示媒体として液晶材料などの光学媒体を採用した表示装置、例えば、液晶表示装置、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）、無機または有機のＥＬ表示装置、エレクトロクロミック表示装置（ＥＣＤ）、電気泳動表示装置などの表示装置に適応できる。本実施形態では、アクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置（ＬＣＤ）について説明する。
【００３６】
図４は、アクティブマトリクス型ＬＣＤの構造を示す斜視図である。アクティブマトリクス型ＬＣＤは、アクティブマトリクス基板２０と、これに対向する対向基板３０と、両基板２０，３０に挟持された液晶層４０とを有する。
【００３７】
アクティブマトリクス基板２０の外側面には、偏光板２８が積層されている。対向基板３０は、ガラスなとからなる絶縁性基板３２上に、カラーフィルタ層（遮光膜を含む）３３と、対向電極３４とを有し、絶縁性基板３２の外側面には、偏光板３５が積層されている。また、両基板２０，３０の液晶層４０側には、配向層２９，３６がそれぞれ形成され、配向処理が施されている。
【００３８】
画素電極９は信号電圧が与えられるソース配線６１にＴＦＴ１００を介して接続されている。ＴＦＴ１００はゲート配線２２から与えられる走査信号によって、そのスイッチングが制御される。走査信号によってＯＮ状態とされたＴＦＴ１００に接続されている画素電極９に信号電圧が印加される。マトリクス状に配列された画素電極９と対向電極３４とに印加される電圧によって、画素ごとに液晶層４０の透過率が変化して、階調表示を行うことができる。
【００３９】
なお、本実施形態の液晶表示装置は、画素電極９としてＩＴＯなどの透明電極を用いた透過型液晶表示装置であるが、画素電極９としてアルミニウムなどの反射電極を用いれば反射型液晶表示装置とすることができる。
【００４０】
本実施形態のアクティブマトリクス型ＬＣＤの製造工程について簡単に説明する。アクティブマトリクス基板２０または対向基板３０のいずれか一方の基板面に、印刷法により、開口を有するシール材を形成する。シール材を介して両基板２０，３０を貼り合わせた後、シール材の開口から液晶材料を注入し、シール材の開口を封止する。両基板２０，３０の外側面に、偏光板２８，３５をそれぞれ貼り付けることにより、本実施形態のＬＣＤが製造される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のアクティブマトリクス基板によれば、ゲート配線および／またはゲート電極のテーパー側壁からのヒロック発生を防止することができるので、上層の半導体層等とのリークを防止することができる。また、ゲート配線および／またはゲート電極は、良好なステップカバレッジを維持することができるので、ソース電極やドレイン電極の断線を防止することができる。したがって、歩留り良く製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４２】
また、本発明の表示装置は、本発明のアクティブマトリクス基板を有するので、アクティブマトリクス基板の不良による製造コストの上昇を抑えて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のアクティブマトリクス基板を模式的に示す部分的な平面図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、ゲート電極２１の形成工程を説明するための模式的な断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、アクティブマトリクス基板を製造する工程を模式的に示す、図１中のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】実施形態２のアクティブマトリクス型ＬＣＤの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】１：レジスト
２：ＴｉＮ薄膜（第３層）
３：Ａｌ合金薄膜（第２層）
４：Ｔｉ薄膜（第１層）
５：絶縁性基板
６：重合物
７：窒化シリコン膜（保護膜）
８：層間絶縁膜
９：画素電極
２０：アクティブマトリクス基板
２１：ゲート電極
２２：ゲート配線
２８，３５：偏光板
２９，３６：配向層
３０：対向基板
３１：窒化シリコン膜（保護膜）
３２：絶縁性基板
３３：カラーフィルタ層（遮光膜を含む）
３４：対向電極
４０：液晶層
４１：真性アモルファスシリコン膜（半導体層）
５１：ｎ^＋アモルファスシリコン膜
６１：ソース配線
６１ａ：ソース電極
６１ｂ：ドレイン電極
１００：薄膜トランジスタ

Claims

絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に設けられたゲート配線と、前記ゲート配線と電気的に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して形成された半導体層と、前記半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と電気的に接続されたソース配線と、前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極とを有し、前記画素電極がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板であって、
前記ゲート配線および／または前記ゲート電極は、アルミニウム以外の金属を含有する第１層、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第２層およびアルミニウム以外の金属を含有する第３層が順次積層された構造を有するテーパー状であり、側面に炭素およびフッ素を含有する重合物が形成されている、アクティブマトリクス基板。
前記第１層はチタン層であり、前記第３層は窒化チタン層である、請求項１に記載の薄膜アクティブマトリクス基板。
請求項１または２に記載のアクティブマトリクス基板を製造する方法であって、
前記絶縁性基板上に、アルミニウム以外の金属を含有する第１膜、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第２膜およびアルミニウム以外の金属を含有する第３膜が順次積層された構造を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜をプラズマエッチングによりエッチングして、前記ゲート配線および前記ゲート電極を形成する工程と、
フッ素系ガスおよび酸素ガスに晒すことによって、前記ゲート配線および前記ゲート電極それぞれの側面に前記重合物を形成する工程とを含む、アクティブマトリクス基板の製造方法。
請求項１または２に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向電極の間隙に介在する表示媒体層とを有する、表示装置。
前記表示媒体層は液晶層である、請求項４に記載の表示装置。