JP2006049425A - 積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法並びに該積層金属配線を備える液晶表示装置又は半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェットエッチングによる積層金属膜のエッチング速度の面内ばらつきを低減し、所望のテーパー形状を得ることができる積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法並びに液晶表示装置または半導体装置の提供。
【解決手段】Ａｌ又はＡｌ合金とＭｏ又はＭｏ合金などのバリア金属膜とからなる積層金属膜（好ましくは卑金属側が下層に存在するような積層金属膜）をウェットエッチング法で一括エッチング処理してパターン形成する場合において、製品素子領域に配線パターンを形成すると共に、非製品素子領域のエッチング開口部にも任意の微細パターンを形成し、製品素子領域及び非製品素子領域双方のエッチング開口部全域の電池反応を促進させ、エッチング速度の面内分布を均一化させる。これにより、積層金属配線の断面形状を良好なテーパー形状として、製品の歩留まりや長期信頼性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法並びに該パターン形成方法により形成された積層金属配線を備える液晶表示装置または半導体装置に関する。

液晶表示装置や半導体装置などに形成される配線は抵抗が低く、安定した加工が可能であることが重要であり、このような要求を満たすために、低抵抗の配線材料の上にエッチング耐性や耐食性に優れたバリア金属材料を積層した積層金属膜をエッチングして形成した積層金属配線が用いられる。例えば、下記特許文献１には、ゲート配線と信号配線との内の少なくとも一方を、モリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属からなる下層膜とアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属からなる上層膜の積層構造とする薄膜トランジスタが開示されている。また、下記特許文献２には、ＡｌやＡｌ合金からなる下層膜とＭｏなどからなる上層膜とを備えたマトリクスアレイ基板が開示されており、また、この積層金属配線のエッチング残りを防止するためにエッチング液でエッチングする前にエッチング液を希釈した希釈液で洗浄する方法が開示されている。

このような積層金属配線、例えば、Ｍｏ合金／Ａｌ合金配線を形成する場合、基板上の製品となる素子や回路が形成される領域（製品素子領域と呼ぶ。）には、Ｍｏ合金／Ａｌ合金の積層金属膜上にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして露出した金属をエッチングして微細パターンを形成するが、製品素子領域以外の領域（非製品素子領域と呼ぶ。）については、後工程において製品歩留りを悪化させる要因になるため、周辺露光等の手法により、素子と比較すると著しく広い面積となるエッチング開口部を形成して、不要な積層金属膜を除去していた。

特開平１０−２４７７３３号公報（第５−１０頁、第１図） 特開２０００−５４１６３号公報（第３−４頁、第１図）

ここで、単一種類の金属膜をウェットエッチングでパターン形成する場合、エッチング液中のイオン種と金属との反応によってエッチングが進行するが、積層金属膜の場合は、上記反応と共に、積層された金属間の電池反応によってエッチングが進行するため、製品素子領域や非製品素子領域のパターン形状によって、エッチング状態にばらつきが生じてしまう。

この問題について図４を参照して説明する。図４は、積層金属配線が形成される基板の構造を示す平面図及びＢ−Ｂ’線における断面図であり、（ａ）は基板上に金属を積層した状態、（ｂ）はレジストパターンを形成した状態、（ｃ）はウェットエッチング処理中の状態を示し、（ｄ）及び（ｅ）は製品素子領域と非製品素子領域の境界部分近傍の拡大図を示している。図４（ａ）に示すように、基板１の全面に下層膜２としてＡｌを、上層膜３としてＭｏなどのバリア金属膜を堆積した後、図４（ｂ）に示すように、製品素子領域５にのみフォトレジストパターン４を形成してウェットエッチングを行うと、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ウェットエッチングの後半において非製品素子領域６に上層膜３（Ｍｏ）が存在しない部分が発生し、その部分ではエッチング速度が速いＭｏ-Ａｌ電池反応が生じなくなるため、電池反応よりもエッチング速度が遅いエッチング液中のイオン種とＡｌとの反応によりエッチングが進行するようになり、その結果、エッチング残り７が生じる。

そこで、基板１面内にエッチング残り７が生じないように非製品素子領域６の下層膜（Ａｌ）を完全に除去しようとすると、製品素子領域５はオーバーエッチングとなり、その結果、製品素子領域５の積層金属配線のテーパー形状が悪化し、歩留り、あるいは、長期信頼性を劣化させる原因となってしまう。

このように、ウェットエッチング法を用いて積層金属膜をエッチングした場合の積層金属配線のテーパー形状はエッチング時間に非常に敏感であり、エッチング時間の最適値に対して、処理時間が短すぎても、長すぎても、良好な順テーパー形状は得られない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、積層金属配線が形成される基板において、ウェットエッチングによるエッチング速度の面内ばらつきを低減し、積層金属配線の断面形状を所望のテーパー形状にすることができる積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法並びに該パターン形成方法により形成された積層金属配線を備える液晶表示装置または半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の積層金属配線のパターン構造は、製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に形成される、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターン構造において、前記第１の領域に前記積層金属膜からなる配線パターンが形成されると共に、前記第２の領域の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンが形成されてなるものである。

また、本発明の積層金属配線のパターン構造は、製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に形成される、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターン構造において、前記第１の領域に前記積層金属膜からなる配線パターンが形成されると共に、前記第２の領域の内、前記積層金属膜のエッチング開口部の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンが形成されてなるものである。

本発明においては、前記第１の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部と、前記第２の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部とで、前記複数種類の金属材料間の電池反応が略等しくなるように、前記製品の動作に関与しないパターンのサイズが設定される構成とすることができる。

また、本発明においては、前記積層金属膜は２層構造の金属膜であり、その下層側が上層側に比べて相対的に卑な金属材料で構成されているものとすることができる。

また、本発明においては、前記２層構造の金属膜を、下層側がＡｌ又はＡｌ合金、上層側がＭｏ又はＭｏ合金で構成することもできる。

また、本発明のパターン形成方法は、製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターンを形成する方法であって、前記基板の全面に前記積層金属膜を形成する工程と、前記第１の領域に前記積層金属膜の配線パターンを形成するためのレジストパターンを形成すると共に、前記第２の領域の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程と、ウェットエッチング法を用いて、露出した前記積層金属膜を一括してエッチング除去する工程と、を少なくとも有するものである。

また、本発明のパターン形成方法は、製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターンを形成する方法であって、前記基板の全面に前記積層金属膜を形成する工程と、前記第１の領域に前記積層金属膜の配線パターンを形成するためのレジストパターンを形成すると共に、前記第２の領域の内、前記積層金属膜をウェットエッチング法を用いてエッチング除去するエッチング開口部の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程と、ウェットエッチング法を用いて、露出した前記積層金属膜を一括してエッチング除去する工程と、を少なくとも有するものである。

また、本発明の液晶表示装置または半導体装置は、上記記載の積層金属膜のパターン形成方法で形成された積層金属膜のパターン構造により、配線が形成されているものである。

このように、本発明の構成によれば、積層金属膜がウェットエッチング法で一括エッチング処理されてパターン形成される場合において、第１の領域外側の第２の領域のエッチング開口部にも任意の微細パターンが形成されているため、第１の領域及び第２の領域双方のエッチング開口部全域の電池反応を促進させてエッチング速度の面内分布を均一化させることができる。その結果、良好なテーパー形状を容易に得ることができ、製品の歩留まりや長期信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法並びに該パターン形成方法により形成された積層金属配線を備える液晶表示装置または半導体装置によれば、積層金属配線の断面形状を良好なテーパー形状とすることができ、これにより、製品の歩留まりや長期信頼性を向上させることができる。

その理由は、液晶ディスプレイ分野等のアレイ工程などにおける低抵抗配線プロセスとして、低抵抗材料であるＡｌ又はＡｌ合金などと、腐食しやすいＡｌを保護するために形成されたＭｏ又はＭｏ合金などのバリア金属膜とからなる積層金属膜（好ましくは卑金属側が下層に存在するような積層金属膜）をウェットエッチング法で一括エッチング処理してパターン形成する場合において、製品素子領域に配線パターンを形成すると共に、非製品素子領域のエッチング開口部にも任意の微細パターンを形成し、製品素子領域及び非製品素子領域双方のエッチング開口部全域の電池反応を促進させてエッチング速度の面内分布を均一化させているからである。

液晶ディスプレイのような表示デバイス分野では、様々な製品サイズの要求があり、基板面内における製品レイアウトの制約によって基板面積は有効に活用しにくく、素子が形成されない広い領域（非製品素子領域）が存在しやすく、この非製品素子領域に金属膜を残すと、後工程において、膜応力による基板の反りが問題となったり、高周波放電プラズマを利用した装置（ドライエッチング法、Ｐ-ＣＶＤ法等）では、放電プラズマが、基板内に残した広い金属膜領域へ集中しやすくなり、プロセス安定性を劣化させる問題が生じるため、可能な限り、非製品素子領域の金属膜は除去する必要がある。

しかしながら、非製品素子領域に広いエッチング開口部が存在すると、金属膜をドライエッチング法でエッチングする場合に、金属膜の露出部分の面積に応じてエッチング速度が変化するローディング効果によりエッチングにばらつきが生じる。そこで、金属膜をドライエッチング法で除去する場合は、上記ローディング効果の対策として、製品素子領域周辺にのみダミーパターンを形成し、金属膜の露出面積を調整する方法が用いられる。

一方、積層金属膜をウェットエッチング法で除去する場合、ウェットエッチング法の分野では上記ローディング効果という概念はなく、製品素子領域周辺にダミーパターンを形成してもエッチングのばらつきを低減することはできない。すなわち、ウェットエッチング法ではエッチングの面積を制御するのではなく、エッチング反応そのものを制御しなければ、エッチングのばらつきを低減することはできない。特に、配線抵抗を低減し又エッチング耐性や耐食性を向上させるために異なる種類の金属材料を積層した配線（例えば、下層膜としてＡｌ又はＡｌ合金、上層膜としてＭｏ又はＭｏ合金などを用いた積層金属配線）が用いられる場合、異なる種類の金属間に発生する電池反応によりエッチング速度にばらつきが生じやすい。

例えば、図４に示すように、製品素子領域５にのみ微細パターンが形成され、非製品素子領域６にパターンが形成されていない場合や大面積のエッチング開口部が形成されている場合、エッチングの初期段階で上層膜３が除去されると、非製品素子領域６では積層金属膜の断面が露出する部分が少ないために、電池反応は生じなくなってしまうが、製品素子領域５では、エッチングの初期段階では上層膜３が除去されても、微細パターンによって積層金属膜の断面が露出する部分が多いために、断面部分では上層膜３と下層膜２との間に電池反応が継続して生じる。

すなわち、大面積のエッチング開口部のみが形成される非製品素子領域６では、エッチング速度の小さいエッチング液のイオン種と金属膜との間の反応によってエッチングが進行し、微細なパターンが形成される製品素子領域５では、エッチング速度の大きい電池反応によってエッチングが進行する。これにより、微細なパターンが形成されている製品素子領域５のエッチングが早く完了し、図４（ｃ）に示すように、非製品素子領域６にエッチング残り７が生じる。

また、非製品素子領域６の金属膜（下層膜２）がなくなるまでエッチングを行うと、製品素子領域５がオーバーエッチングになってしまい、積層金属配線の断面形状が悪化する。この積層金属配線の断面形状の変化について図５を参照して説明する。図５は、Ｍｏ合金／Ａｌ合金からなる積層金属配線の断面の電子顕微鏡写真を示すであり、エッチングが不足している状態では、図５（ａ）に示すように下層膜２が残り、エッチングが最適な状態では、図５（ｂ）に示すように下層膜２が徐々に広がる順テーパー形状となり、エッチングが過剰になると、図５（ｃ）に示すように下層膜２がえぐれてしまう。そのため、製品素子領域５のパターンが図５（ｂ）に示すような形状になるようにエッチング時間を設定すると、非製品素子領域６にエッチング残り７が生じてしまい、非製品素子領域６にエッチング残り７が生じないようにエッチング時間を設定すると、製品素子領域５のテーパー形状が悪化してしまい、いずれの場合も歩留まりや長期信頼性の低下の要因となってしまう。

そこで、本発明では、ローディング効果に基づいて製品素子領域と非製品素子領域とのエッチング開口部の面積を調整するのではなく、エッチング開口部における電池反応を均一にするために、非製品素子領域のエッチング開口部の略全面に所定のサイズ以下のダミーパターンを形成し、製品素子領域及び非製品素子領域双方のエッチング開口部における電池反応を促進させ、これにより、エッチングの基板面内のばらつきを抑制している。

なお、特開昭５７−０１３０８０号公報にはダミーパターンによってウェットエッチング法のパターン精度を向上させる技術が開示されているが、この公報記載の技術も、製品素子領域の周辺にのみパターン形成することに意義があり、実施例がＡｌ単層膜であることから明らかなように、エッチング開口部の全域にパターン形成を行い、電池反応によるエッチング反応を進行させるという考えはない。以下、本発明の一実施形態に係る積層金属膜のパターン構造及びパターン形成方法を、液晶表示装置を構成する基板に形成される配線に適用した場合の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施例に係る積層金属配線のパターン構造及びその形成方法について、図１乃至図３及び図６乃至図９を参照して説明する。図１は、例えば液晶表示装置用基板における積層金属配線のウェットエッチングの状態を模式的に示す平面図及びそのＡ−Ａ’線における断面図であり、（ａ）は基板上に金属を積層した状態、（ｂ）はレジストパターンを形成した状態、（ｃ）はウェットエッチング処理中の状態を示し、（ｄ）は製品素子領域と非製品素子領域の境界部分近傍の拡大図を示している。また、図２は、非製品素子領域に形成するパターンの一例を模式的に示す平面図であり、図３は、電池反応によるエッチング速度の上昇効果を説明するための図である。

液晶表示装置や半導体装置では、配線材料としてＡｌ配線が多用されているが、半導体層や透明導電膜層とのオーミックコンタクト性やストレスマイグレーション耐性を向上させるために、高融点金属をバリア金属膜として、Ａｌと積層した積層金属配線が用いられている。例えば液晶表示装置では、高精細な画像を表示するために微細化が進められており、また、開口率を向上させるために表示に寄与しない配線の面積を小さくすることが求められている。そこで、ＴＦＴ基板に形成されるゲート配線には、例えば、低抵抗配線材料としてはＡｌ又はＡｌ合金（Ａｌ-Ｎｄ合金など）が一般的に採用され、Ａｌを保護するバリア金属膜としては、配線をウェットエッチング法でパターン形成する場合、エッチング特性と耐食性との観点からＭｏ合金（Ｍｏ-Ｔａ合金やＭｏ-Ｎｂ合金など）あるいはＭｏ化合物（窒化モリブデンなど）が採用されている。

そして、上記構造の積層金属配線を製品素子領域に形成するが、その際、非製品素子領域に広い面積のエッチング開口部が存在すると上述したように非製品素子領域のエッチング速度が遅くなってしまうため、本実施例では、非製品素子領域にも製品の動作に関与しないパターンを形成する。この非製品素子領域に形成するパターンの形状やサイズは製品素子領域に形成する配線パターンの形状やサイズ、製品素子領域と非製品素子領域のエッチング開口部の面積などに応じて適宜設定することができるが、通常、約１ｃｍより微細なパターンであれば、ほぼ同じ効果が得られる。また、製品素子領域に近接する非製品素子領域のパターンに関しては、静電破壊やショート不良の対策を同時に考慮すると、配線パターンのようなラインパターンを形成するよりも、図２に示すように、孤立したパターンを形成する方が好ましく、製品素子領域の配線パターンと非製品素子領域のパターンとの距離は、パネル切断のマージンが確保できる距離に設定することが好ましいと言える。

次に、上記積層配線パターンの形成方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、例えばアレイ工程のゲート配線として、Ｍｏ合金/Ａｌ合金からなる積層金属膜を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、Ｍｏ合金/Ａｌ合金の積層金属膜上に、製品素子領域の配線パターンをフォトレジストで形成する。その際、製品素子領域周囲の非製品素子領域のエッチング開口部についても、その全域に製品の機能とは関係のない、約１ｍｍ角の正方形の孤立パターン（図２参照）を形成する。次に、上記レジストパターンが形成されたＭｏ合金/Ａｌ合金の積層金属膜を、ＡｌまたはＭｏのエッチング液として広く用いられている混酸（リン酸を主成分とし、硝酸と酢酸を数％〜数十％添加した酸）に浸漬させ、ウェットエッチング法で処理する。

その際、非製品素子領域に広い面積の抜きパターンが形成される従来構造では、エッチング開口部のＭｏ合金がなくなるとＭｏ−Ａｌ電池反応が生じなくなり、エッチングの面内ばらつきが生じるが、本発明では、製品素子領域のみならず非製品素子領域のエッチング開口部全域に微細パターンが形成されているため、エッチング開口部には常にＭｏが存在するようになる。そのため、異種の金属をエッチング液（電解液）に浸漬させると、金属間の電極電位差によって、エッチング液中に含まれるイオン種と金属とが反応するよりも、金属間の電池反応により卑金属側（ここではＡｌ合金）が溶解する反応が促進されるようになる。

この電池反応によるエッチングの促進について図３を参照して説明する。図３は、下層膜２（Ａｌ合金）の膜厚を３００ｎｍとし、上層膜３（Ｍｏ合金）の膜厚を変化させたときの製品素子領域のエッチング所要時間の一例を示しており、例えば、Ｍｏ合金/Ａｌ合金の積層金属膜を混酸（リン酸＋硝酸＋酢酸）で一括エッチングする場合、Ｍｏ合金膜が除去された後のＡｌ合金膜のエッチング速度（図の○印の近似直線が縦軸と交差する点におけるエッチング所要時間の逆数）は、Ａｌ合金膜を単層でエッチングする時のエッチング速度（図の□印のエッチング所要時間の逆数）よりも数十％上昇する。この現象は、ＭｏよりもＡｌの方が卑な金属であるために生じる。なお、ＡｌあるいはＭｏの金属単体状態と、それらの合金とでは電極電位に差があるように思えるが、実際に電極電位を測定したところ有意差は見出せず、主成分となる金属の電極電位と同じ値であった。

その結果、エッチング開口部全域のエッチング反応が、ＭｏとＡｌとの電極電位差で生じる電池反応によって支配的に進行するようになり、エッチング開口部におけるエッチング速度均一性を大幅に改善できる。これにより、非製品素子領域に発生するエッチング残りを防ぐためのオーバーエッチング時間が不要となり、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、良好なテーパー形状を基板１全面にわたって容易に得ることができ
た。

次に、上記積層金属配線のパターン形成方法を適用した液晶表示装置の実施例について説明する。図６は本発明の一実施例にかかる液晶表示装置に使用する薄膜トランジスタアレイ基板（ＴＦＴ基板）の構成を示す概念図である。図６に示すように、ＴＦＴ基板１０には、透明絶縁性基板上に複数のゲート線１１と複数のドレイン線１２とがほぼ直交して配設され、その交点近傍にこれらに接続されてスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）１３が設けられ、これらがマトリクス状に配置されている。また、ゲート線１１の端部にはアドレス信号を入力するゲート線端子１４が、ドレイン線１２の端部にはデータ信号を入力するドレイン線端子１５がそれぞれ設けられている。図７は本発明の一実施例にかかる液晶表示装置に使用するＴＦＴ基板の１画素部平面図であり、図８及び図９は、図７のＴＦＴ部分（Ｃ−Ｃ’線）及びドレイン線端子部（Ｄ−Ｄ’線）、ゲート線端子部（Ｅ−Ｅ’線）に沿って切って図示した断面図であり、本発明の液晶表示装置において用いられるＴＦＴ基板の製造工程を図示したものである。本実施例は５枚のマスクを用いて製造される逆スタガチャネルエッチ型ＴＦＴ基板を有する液晶表示装置の例である。

図７及び図９（ｅ）に示したＴＦＴ基板は、透明絶縁性基板３１上にゲート電極２１と、ゲート電極２１に接続するゲート線１１と、前段のゲート線を共有する蓄積容量電極２５と、遮光層２６と、ゲート線端子１４の下層金属膜３２とが形成されており、ゲート電極２１上にはゲート絶縁膜３３が設けられ、ゲート絶縁膜３３上にゲート電極２１と対向して半導体層２２が設けられ、半導体層２２上にソース電極２３及びドレイン電極２４が分離されて形成されている。また、ソース電極２３と、ドレイン電極２４と、ゲート絶縁膜３３上に設けられたドレイン電極２４に接続するドレイン線１２と、ドレイン線端子１５の下層金属膜３４との上にはパッシベーション膜３５が設けられており、パッシベーション膜３５の一部に画素部コンタクトホール３６と端子部コンタクトホール３７が設けられている。このコンタクトホール３６、３７を介して、ソース電極２３に接続する画素電極２７と端子部の下層金属膜３２、３４に接続する接続電極３８が設けられている。ここで、蓄積容量電極２５と画素電極２７との間で保持容量が形成されている。また、図９（ｅ）に示すように、本発明の液晶表示装置に用いられるＴＦＴ基板においては、ゲート電極２１、ゲート線１１（図示せず）が下層からＡｌ合金層とＭｏ合金層との積層構造からなっている。また、ソース電極２３及びドレイン電極２４、ドレイン線１２は、下層からＭｏ合金層とＡｌ合金層とＭｏ合金層との積層構造からなっている。

次に、本発明の一実施例にかかる液晶表示装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の一実施例にかかる液晶表示装置に用いられるＴＦＴ基板の製造方法は、（１）透明絶縁性基板上にゲート電極及びゲート線を形成する工程、（２）ゲート絶縁膜、半導体層を形成する工程、（３）ソース、ドレイン電極及びドレイン線を形成する工程、（４）パッシベーション膜、コンタクトホールを形成する工程、（５）画素電極を形成する工程を有し、前記ゲート電極及びゲート線をＡｌ合金層とＭｏ合金層との積層構造に形成し、前記ソース、ドレイン電極及びドレイン線を高融点金属層とＡｌ合金層と高融点金属層との３層構造に形成することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置において用いられるＴＦＴ基板の製造方法の実施例は、図８に示すように、まず、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラスからなる透明絶縁性基板３１上に、スパッタにより厚さ約２００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ等のＡｌ合金層と厚さ約１００ｎｍのＭｏ−Ｎｂ等のＭｏ合金層を成膜し、フォトリソグラフィーと前述したエッチング方法を適用して、ゲート電極２１、ゲート線（図示せず）、蓄積容量電極（図示せず）、遮光層（図示せず）、ゲート線端子部の下層金属膜３２を形成する（図８（ａ））。次に、プラズマＣＶＤにより厚さ約３００ｎｍのシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜３３と厚さ約２００ｎｍのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層２２１と厚さ約３０ｎｍのリンをドープしたＮ型アモルファスシリコン（ｎ+ａ−Ｓｉ）層２２２とを順次成膜し、フォトリソグラフィーとエッチングにより、半導体層２２を形成する（図８（ｂ））。次に、スパッタにより厚さ約５０ｎｍのＭｏ−Ｎｂ等のＭｏ合金層と厚さ２００ｎｍのＡｌ−Ｎｄ等のＡｌ合金層と厚さ約１００ｎｍのＭｏ−Ｎｂ等のＭｏ合金層を順次成膜し、フォトリソグラフィーと前述したエッチング方法を適用して、ソース電極２３、ドレイン電極２４、ドレイン線１２、ドレイン線端子部の下層金属膜３４を形成する（図８（ｃ））。次に、ソース電極２３とドレイン電極２４との間のｎ+ａ−Ｓｉ層２２２をドライエッチングして除去する。このエッチングは、ソース、ドレイン電極形成時のフォトレジストをマスクにして行ってもよいし、フォトレジストを剥離した後、ソース、ドレイン電極をマスクにして行ってもよい。次に、プラズマＣＶＤにより厚さ約２００ｎｍのシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜３５を成膜し、フォトリソグラフィーとエッチングにより、画素部コンタクトホール３６及び端子部コンタクトホール３７を開口する（図８（ｄ））。次に、スパッタにより厚さ約５０ｎｍのインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）等からなる透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィーとエッチングにより、画素電極２７及び端子部の接続電極３８を形成する（図８（ｅ））。最後に、約２７０℃の温度でアニールし、ＴＦＴ基板を完成する。

次に、上記ＴＦＴ基板１０の上に、印刷により厚さ約５０ｎｍの配向膜３９を形成し、約２２０℃の温度で焼成し、配向処理を行う。一方、透明絶縁性基板４１上に、ＴＦＴ基板１０上の各画素領域に対応してカラーフィルタ４２と、ＴＦＴ部を含む画素領域の周辺部にブラックマトリクス４３とが形成され、その上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極４４が形成された対向基板４０の上に、印刷により厚さ５０ｎｍの配向膜３９を形成し、約２２０℃の温度で焼成し、配向処理を行う。これらのＴＦＴ基板１０と対向基板４０とを、エポキシ系樹脂接着剤からなるシール４５及びプラスチック粒子等からなる面内スペーサー（図示せず）を介して、各々の膜面が対向するようにして所定間隔に重ね合わせる。その後、ＴＦＴ基板１０と対向基板４０との間に液晶４６を注入し、液晶４６を注入したシール４５の空間部（図示せず）をＵＶ硬化型アクリレート系樹脂からなる封孔材（図示せず）で密閉する。最後に、ＴＦＴ基板１０と対向基板４０の膜面とは反対側の面に、それぞれ偏向板４７を貼って、液晶表示パネルを完成する（図８（ｆ））。この後、図示してないが、ゲート線端子１４とドレイン線端子１５上に駆動回路に接続するテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）を圧接し、液晶表示装置を完成する。

このように、本発明では、基板面内における製品素子パターンの有無に関わらず、エッチング開口部全域に微細パターンを形成して、エッチング開口部全域で常に電池反応を進行させるようにしたため、非製品素子領域を微細でない大面積領域でエッチング開口する場合に問題となるエッチング速度低下の現象を抑制することができた。その結果、製品素子領域が最適なエッチング時間に到達しているにも関わらず、基板面内の非製品素子領域に発生していた局所的なエッチング残りがなくなったため、製品素子の良好なエッチングテーパー形状を容易に得ることができるようになった。

なお、非製品素子領域が広い場合、エッチング開口しないでそのまま積層金属膜を残すという方法もあるが、積層金属膜を残すと、上述したように、後工程において膜応力による基板の反りが問題となったり、高周波放電プラズマを利用した装置では放電プラズマが基板内に残した広い金属膜領域へ集中しやすくなり、プロセス安定性を劣化させるという問題が生じる。これに対して、本発明は非製品素子領域にも微細なパターンを形成しているため、上記問題も著しく低減することができる。

また、Ａｌ合金／Ｍｏ合金の積層金属膜のように卑金属側が上層に存在するような二層構造の場合、非製品素子領域よりも製品素子領域の方がエッチングが遅くなるため、エッチング残りの問題は発生せず、本発明の効果はないように見える。しかしながら、基板面内で２つのエッチング反応が進行する領域が存在すると、エッチング終点を検出している光センサー測定精度へ影響する場合があり、やはりエッチングプロセスの安定性という観点から本発明の構造を用いることが好ましいと言える。

また、本発明は積層金属膜を二層構造で形成する場合に特に効果が大きいが、三層以上の多層構造についても、電極電位差が大きい材料が組み合わされている場合は、同様の効果が得られる。また、液晶ディスプレイ分野以外であっても、異種金属の積層金属膜をウェットエッチング法でパターン形成する場合において同様に適用することができる。

本発明の一実施例に係るパターン構造におけるウェットエッチングの各段階の状態を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の一実施例に係るパターン構造の一例を示す平面図である。 ウェットエッチングにおけるＭｏ−Ａｌ電池反応によるエッチング速度の上昇効果を説明する図である。 従来のパターン構造におけるウェットエッチングの各段階の状態を模式的に示す平面図及び断面図である。 積層金属配線のウェットエッチング後の構造を示す電子顕微鏡写真である。 本発明の一実施例に係る液晶表示装置に使用するＴＦＴ基板の構成を示す概念図である。 本発明の一実施例に係る液晶表示装置に使用するＴＦＴ基板の１画素部及びゲート線端子部、ドレイン線端子部の平面図である。 本発明の一実施例に係る液晶表示装置に使用するＴＦＴ基板の製造工程を図示したものであり、図７のＣ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線及びＥ−Ｅ’線に沿って切って図示した断面図である。 図８に続く断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 下層膜
３ 上層膜
４ フォトレジストパターン
５ 製品素子領域
６ 非製品素子領域
７ エッチング残り
１０ ＴＦＴ基板
１１ ゲート線
１２ ドレイン線
１３ ＴＦＴ
１４ ゲート線端子
１５ ドレイン線端子
２１ ゲート電極
２２ 半導体層
２３ ソース電極
２４ ドレイン電極
２５ 蓄積容量電極
２６ 遮光層
２７ 画素電極
３１ 透明絶縁性基板
３２ ゲート線端子部の下層金属膜
３３ ゲート絶縁膜
３４ ドレイン線端子部の下層金属膜
３５ パッシベーション膜
３６ 画素部コンタクトホール
３７ 端子部コンタクトホール
３８ 接続電極
３９ 配向膜
４０ 対向基板
４１ 透明絶縁性基板
４２ カラーフィルタ
４３ ブラックマトリクス
４４ 共通電極
４５ シール
４６ 液晶
４７ 偏向板
２２１ アモルファスシリコン層
２２２ Ｎ型アモルファスシリコン層

Claims (11)

1. 製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に形成される、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターン構造において、
   前記第１の領域に前記積層金属膜からなる配線パターンが形成されると共に、前記第２の領域の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンが形成されてなることを特徴とする積層金属膜のパターン構造。
2. 製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に形成される、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターン構造において、
   前記第１の領域に前記積層金属膜からなる配線パターンが形成されると共に、前記第２の領域の内、前記積層金属膜のエッチング開口部の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンが形成されてなることを特徴とする積層金属膜のパターン構造。
3. 前記第１の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部と、前記第２の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部とで、前記複数種類の金属材料間の電池反応が略等しくなるように、前記製品の動作に関与しないパターンのサイズが設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層金属膜のパターン構造。
4. 前記積層金属膜は２層構造の金属膜であり、その下層側が上層側に比べて相対的に卑な金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の積層金属膜のパターン構造。
5. 前記２層構造の金属膜は、下層側がＡｌ又はＡｌ合金、上層側がＭｏ又はＭｏ合金で構成されていることを特徴とする請求項４記載の積層金属膜のパターン構造。
6. 製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターンを形成する方法であって、
   前記基板の全面に前記積層金属膜を形成する工程と、
   前記第１の領域に前記積層金属膜の配線パターンを形成するためのレジストパターンを形成すると共に、前記第２の領域の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
   ウェットエッチング法を用いて、露出した前記積層金属膜を一括してエッチング除去する工程と、を少なくとも有することを特徴とする積層金属膜パターンの形成方法。
7. 製品となる素子又は回路が形成される第１の領域と、前記第１の領域外側の第２の領域とを有する基板に、電極電位の異なる複数種類の金属材料で構成される積層金属膜のパターンを形成する方法であって、
   前記基板の全面に前記積層金属膜を形成する工程と、
   前記第１の領域に前記積層金属膜の配線パターンを形成するためのレジストパターンを形成すると共に、前記第２の領域の内、前記積層金属膜をウェットエッチング法を用いてエッチング除去するエッチング開口部の全域に、前記製品の動作に関与しないパターンを形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
   ウェットエッチング法を用いて、露出した前記積層金属膜を一括してエッチング除去する工程と、を少なくとも有することを特徴とする積層金属膜パターンの形成方法。
8. 前記第１の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部と、前記第２の領域における前記積層金属膜がエッチング除去されるエッチング開口部とで、前記複数種類の金属材料間の電池反応が略等しくなるように、前記製品の動作に関与しないパターンのサイズを設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の積層金属膜パターンの形成方法。
9. 前記積層金属膜は２層構造の金属膜であり、その下層側が上層側に比べて相対的に卑な金属材料で構成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一に記載の積層金属膜パターンの形成方法。
10. 前記２層構造の金属膜は、下層側がＡｌ又はＡｌ合金、上層側がＭｏ又はＭｏ合金で構成されていることを特徴とする請求項９記載の積層金属膜パターンの形成方法。
11. 請求項６乃至１０のいずれか一に記載の積層金属膜のパターン形成方法で形成された積層金属膜のパターン構造により、配線が形成されていることを特徴とする液晶表示装置または半導体装置。

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