JP2011119467A - Display device and method of manufacturing display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は表示装置及び表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、薄膜トランジスタ基板を用いた表示装置、並びにその表示装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a display device and a method for manufacturing the display device, and more particularly to a display device using a thin film transistor substrate and a method for manufacturing the display device.
TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)基板を具備した液晶パネルが大画面サイズの薄型テレビに適用されている。近年、動画質向上のために駆動周波数が高速化しており、これに伴い信号線の低抵抗化が必要となっている。有機EL(Electro Luminescence)装置を適用した薄型テレビの研究開発も盛んであるが、素子を電流駆動する必要からやはりTFT基板の信号線の低抵抗化が必要となっている。また、薄型テレビは激しい価格競争に晒されている。従って、市場の要求に応えるためには原価低減が必須であり、信号線の形成プロセスにおいてもコストパフォーマンスの良い薄膜材料やプロセス薬液が求められている。 A liquid crystal panel provided with a TFT (Thin Film Transistor) substrate is applied to a thin TV having a large screen size. In recent years, the driving frequency has been increased in order to improve the moving image quality, and accordingly, the resistance of the signal line needs to be lowered. Research and development of flat-screen televisions using organic EL (Electro Luminescence) devices are also active, but it is also necessary to reduce the resistance of the signal lines of the TFT substrate because of the need to drive the elements with current. Flat-screen TVs are also exposed to intense price competition. Therefore, cost reduction is indispensable to meet market demands, and thin film materials and process chemicals with good cost performance are also required in the signal line forming process.
従来、低抵抗なTFT基板の信号線を構成するためには抵抗率が約3μΩcmのアルミニウムを主たる導体材料とするMo/Al/Mo積層膜(ここで/は積層の界面を表し、/の右側が下層、/の左側が上層である。以下同様)が用いられてきた。この積層膜の信号線を更に低抵抗化するにはAl層を厚くすることになるが、Mo/Al/Mo積層膜の成膜処理時間が長くなるので生産性を悪化させることのほか、製造歩留り悪化の原因となるヒロック発生の頻度を飛躍的に高めてしまうなどの問題が発生する。 Conventionally, in order to construct a signal line of a low-resistance TFT substrate, a Mo / Al / Mo laminated film using aluminum having a resistivity of about 3 μΩcm as a main conductor material (where / represents the interface of the lamination, and the right side of / Is the lower layer, and the left side of / is the upper layer. In order to further reduce the resistance of the signal line of this laminated film, the Al layer must be thickened. However, since the deposition time of the Mo / Al / Mo laminated film becomes longer, the productivity is deteriorated and the manufacturing process is also reduced. Problems such as a dramatic increase in the frequency of hillocks that cause yield deterioration occur.
アルミニウムを下回る低抵抗率を有し、かつ材料費がリーズナブルである信号線材料として銅がある。銅は、薄膜の抵抗率が約2μΩcmと低く、透明導電膜(一般的には、インジウムを主成分とする酸化物)と直接的に電気的コンタクトを取ることができるという特徴を有している。 Copper is an example of a signal line material having a low resistivity lower than that of aluminum and a reasonable material cost. Copper has a feature that the resistivity of a thin film is as low as about 2 μΩcm, and it can be in direct electrical contact with a transparent conductive film (generally an oxide containing indium as a main component). .
しかし、下地との付着力が弱いことや、薄膜トランジスタの半導体層であるケイ素に拡散してトランジスタ特性を悪化させ易いといった欠点を有している。 However, there are drawbacks in that the adhesion to the base is weak and that transistor characteristics are easily deteriorated by diffusion into silicon, which is a semiconductor layer of the thin film transistor.
特許文献1は、不可避的不純物を含む銅(Cu)に対して0.1〜20at.%固溶する添加元素が添加される銅合金であって、前記添加元素は、酸化物形成自由エネルギーがCuより小さく、かつ、Cu中における添加元素の拡散係数がCuの自己拡散係数より大きい銅合金を採用することについて開示している。 Patent Document 1 discloses 0.1 to 20 at. With respect to copper (Cu) containing inevitable impurities. % Of a copper alloy to which an additive element that is a solid solution is added, and the additive element is a copper whose oxide formation free energy is smaller than Cu and the diffusion coefficient of the additive element in Cu is larger than the self-diffusion coefficient of Cu. Disclosure of employing an alloy.
本発明は、水素プラズマによる影響を低減することを目的とする。その他の新規な目的や構成にあっては、明細書及び図面において明らかにする。 An object of the present invention is to reduce the influence of hydrogen plasma. Other novel objects and configurations will be clarified in the specification and drawings.
本発明の表示装置は、薄膜トランジスタを用いる表示装置であって、前記薄膜トランジスタは、非晶質ケイ素の膜により形成された非晶質ケイ素層と、前記非晶質ケイ素層上に形成された銅配線と、を備え、前記銅配線は、リチウム、パラジウム及びイットリウムのうちから少なくとも一種の元素を第1添加元素として含む銅を主成分とする合金により形成された第1銅合金層を有する、ことを特徴とする表示装置である。 The display device of the present invention is a display device using a thin film transistor, and the thin film transistor includes an amorphous silicon layer formed of an amorphous silicon film, and a copper wiring formed on the amorphous silicon layer. And the copper wiring has a first copper alloy layer formed of an alloy containing copper as a main component and containing at least one element selected from lithium, palladium, and yttrium as a first additive element. This is a characteristic display device.
さらに、前記第1銅合金層は、アルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種の元素であって、前記第1添加元素以外の元素を、第2添加元素として含む、ことを特徴とする。ここで、第1添加元素は、リチウム及びイットリウムうち少なくとも一種であれば特によい。 Further, the first copper alloy layer is at least one element selected from aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, silicon, scandium, titanium, zirconium, vanadium, and zinc, and is other than the first additive element. An element is included as the second additive element. Here, the first additive element may be at least one of lithium and yttrium.
また、本発明の表示装置は、前記銅配線であって、前記第1銅合金層上に純銅により形成された純銅層を更に有し、前記第1銅合金層は、前記非晶質ケイ素層上に形成され、前記純銅層は、前記第1銅合金層上に形成されている、とすることができる。ここで、「純銅」とは銅を99.90%以上含むものを意味する。 The display device of the present invention further includes a pure copper layer that is the copper wiring and is formed of pure copper on the first copper alloy layer, and the first copper alloy layer includes the amorphous silicon layer. The pure copper layer may be formed on the first copper alloy layer. Here, “pure copper” means that containing 99.90% or more of copper.
また、前記銅配線は、前記非晶質ケイ素層上に、銅を主成分とする合金により形成された第2銅合金層と、前記第2銅合金層上に純銅により形成された純銅層と、を有し、更に第2添加元素としてアルミニウム、ベリリウム、マンガン、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種を添加した第1銅合金層の場合、前記純銅層上に形成される、とすることができる。 The copper wiring includes a second copper alloy layer formed of an alloy containing copper as a main component on the amorphous silicon layer, and a pure copper layer formed of pure copper on the second copper alloy layer. In the case of a first copper alloy layer to which at least one of aluminum, beryllium, manganese, vanadium, and zinc is added as a second additive element, it may be formed on the pure copper layer.
本発明の表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタを用いる表示装置の製造方法であって、ドープした非晶質ケイ素膜を成膜する非晶質ケイ素膜成膜工程と、前記ドープした非晶質ケイ素膜の表面を酸化する工程の後に、リチウム、パラジウム及びイットリウムのうちから少なくとも一種の元素を第1添加元素として含み、更にアルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種の元素であって、前記第1添加元素以外の元素を第2添加元素として含む銅を主成分とする合金により形成された銅合金膜を成膜する銅合金膜成膜工程と、純銅により形成された純銅膜を成膜する純銅膜成膜工程と、前記銅合金膜と前記純銅膜とをエッチングし、銅配線を形成する銅配線形成工程と、前記銅配線を形成しなかった箇所のドープした非晶質ケイ素膜を除去した後、水素プラズマを照射する水素プラズマ照射工程と、を備える表示装置の製造方法である。 The display device manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a display device using a thin film transistor, and includes an amorphous silicon film forming step of forming a doped amorphous silicon film, and the doped amorphous silicon After the step of oxidizing the surface of the film, at least one element selected from lithium, palladium and yttrium is included as the first additive element, and further aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, silicon, scandium, titanium, zirconium A copper alloy film for forming a copper alloy film formed of an alloy containing at least one element of vanadium and zinc and containing as a second additive element an element other than the first additive element A film forming step, a pure copper film forming step of forming a pure copper film formed of pure copper, the copper alloy film and the pure copper And a copper wiring forming step of forming a copper wiring, and a hydrogen plasma irradiation step of irradiating a hydrogen plasma after removing the doped amorphous silicon film at a portion where the copper wiring was not formed. It is a manufacturing method of the display apparatus provided.
薄膜トランジスタ製造工程において、ソース・ドレイン電極形成し、ドープしたコンタクト層をエッチング加工した後に水素プラズマ処理を行うことが知られている。銅は、水素が拡散し易い材料であるため、水素プラズマ処理により、コンタクト層との界面付近まで水素が侵入しコンタクト層とソース・ドレイン電極との密着性を大きく低下させるといった欠点を有している。 In a thin film transistor manufacturing process, it is known to form a source / drain electrode and perform a hydrogen plasma treatment after etching a doped contact layer. Since copper is a material that easily diffuses hydrogen, it has the disadvantage that hydrogen plasma treatment causes hydrogen to penetrate to the vicinity of the interface with the contact layer, greatly reducing the adhesion between the contact layer and the source / drain electrodes. Yes.
従来例では、下地のシリコン酸化物との界面に添加元素の酸化物を形成し密着性を確保しているが、水素プラズマ処理で拡散した水素により酸化物層が還元され、密着性が低下する可能性が考えられる。以下に、水素プラズマによる影響を低減した薄膜トランジスタを用いた表示装置について述べる。 In the conventional example, the oxide of the additive element is formed at the interface with the underlying silicon oxide to ensure the adhesion, but the oxide layer is reduced by the hydrogen diffused by the hydrogen plasma treatment, and the adhesion is lowered. There is a possibility. Hereinafter, a display device using a thin film transistor in which the influence of hydrogen plasma is reduced will be described.
まず、本発明の表示装置に係る薄膜トランジスタ基板の配線に用いられる銅合金の添加元素を定めた理由について説明する。 First, the reason for determining the additive element of the copper alloy used for the wiring of the thin film transistor substrate according to the display device of the present invention will be described.
第1の添加元素の要件として、「水素化物の生成自由エネルギが負」という要件がある。この要件は、添加元素が水素プラズマ処理により発生した水素をトラップするために重要な要件である。 As a requirement of the first additive element, there is a requirement that “the free energy of formation of hydride is negative”. This requirement is an important requirement for trapping hydrogen generated by the hydrogen plasma treatment as an additive element.
さらなる要件としては、「銅中における固溶限が0.1原子%よりも大きい」という要件である。この要件は、添加元素が銅を主成分とする合金中で析出せず、銅合金結晶内で固溶し均一分散するための要件である。 As a further requirement, “the solid solubility limit in copper is greater than 0.1 atomic%”. This requirement is a requirement for the additive element not to precipitate in the alloy containing copper as a main component, but to be dissolved and uniformly dispersed in the copper alloy crystal.
第2の添加元素としての要件は、その果たす機能により異なる。 The requirements as the second additive element differ depending on the function fulfilled.
第1の要件は、「酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがケイ素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低い」という要件である。この要件は、第2の添加元素が、ドープした非晶質ケイ素膜の表面に酸化処理により形成された酸化膜から酸素を奪って酸化するための要件である。 The first requirement is that “the equilibrium oxygen potential of the oxidation reaction is lower than the equilibrium oxygen potential of the oxidation reaction of silicon”. This requirement is a requirement for the second additive element to oxidize by taking oxygen from the oxide film formed on the surface of the doped amorphous silicon film by oxidation treatment.
第2の要件は、「銅中における固溶限が0.1原子%よりも大きい」という要件である。この要件は、添加元素が銅を主成分とする合金中で析出せずに界面での酸化反応に有効に寄与させるための要件である。従って、第1要件及び第2要件を同時に満たすことによって、酸素を含有する絶縁体(酸化ケイ素)や予備酸化した半導体層のコンタクト層を下地とした場合に、銅を主成分とする合金と下地との界面に添加元素の酸化物を析出させることができる。または、銅を主成分とする合金と下地との界面に密着性を発現するような親和性を付与することができる。 The second requirement is that “the solid solubility limit in copper is greater than 0.1 atomic%”. This requirement is a requirement for the additive element to effectively contribute to the oxidation reaction at the interface without being precipitated in the alloy containing copper as a main component. Therefore, by satisfying the first requirement and the second requirement at the same time, when an oxygen-containing insulator (silicon oxide) or a pre-oxidized semiconductor layer contact layer is used as a base, an alloy containing copper as a main component and the base The oxide of the additive element can be deposited at the interface with the substrate. Alternatively, it is possible to impart affinity that expresses adhesiveness at the interface between the alloy containing copper as a main component and the base.
第3の要件は、「230℃の銅中における拡散定数が10−21m2/sよりも小さい」という要件である。この要件は、99.9%以上の純度を有する銅に添加元素を拡散させないための要件であり、これによって純銅の抵抗率が上昇することを防止し、低抵抗な映像信号線を得ることが可能となる。 The third requirement is that “the diffusion constant in copper at 230 ° C. is smaller than 10 −21 m 2 / s”. This requirement is a requirement to prevent the additive element from diffusing into copper having a purity of 99.9% or higher, thereby preventing the resistivity of pure copper from increasing and obtaining a low-resistance video signal line. It becomes possible.
以上の第1要件〜第3要件をすべて満足することにより、予備酸化を施した半導体層のコンタクト層の上にソース電極及びドレイン電極を形成でき、低抵抗な映像信号線も形成することができる。 By satisfying all of the above first to third requirements, the source electrode and the drain electrode can be formed on the contact layer of the preliminarily oxidized semiconductor layer, and a low-resistance video signal line can also be formed. .
第4の要件は、「銅酸化物よりもエッチング液に対する溶解度が大きい金属元素酸化物を形成する金属元素であり、かつ銅よりも耐食性が良い」という要件である。配線のパタン断面の形状は順テーパ状が望ましい。低抵抗率な銅も、動画質向上等の高性能化に伴い、更なる低抵抗化が必要になる。その場合の一手法として純銅層の厚膜化が考えられる。厚膜化した場合の、問題点の一つとしてエッチング後の断面形状が垂直になりやすい。断面形状が垂直になると、その上層に積層される絶縁膜のカバレッジが悪く、層間短絡などの不良を誘発する可能性がある。そこで、よりテーパ形状を得られ易くするためとして、酸化物の溶解度の大きい金属元素を添加し、純銅の上層に配置することによりテーパ形状を得られ易くするという要件である。 The fourth requirement is a requirement that “it is a metal element that forms a metal element oxide having a higher solubility in an etchant than copper oxide and has better corrosion resistance than copper”. The shape of the cross section of the wiring pattern is preferably a forward tapered shape. Copper with low resistivity needs to be further reduced in resistance with higher performance such as improvement of moving picture quality. In such a case, it is conceivable to increase the thickness of the pure copper layer. When the film thickness is increased, one of the problems is that the cross-sectional shape after etching tends to be vertical. When the cross-sectional shape is vertical, the coverage of the insulating film laminated on the upper layer is poor, and there is a possibility of inducing a defect such as an interlayer short circuit. Therefore, in order to make it easier to obtain a tapered shape, it is a requirement that a tapered shape can be easily obtained by adding a metal element having high oxide solubility and disposing it in an upper layer of pure copper.
本発明における第1の添加元素の要件を満足する添加元素として、リチウム、パラジウム及びイットリウムうち少なくとも一種の元素が挙げられる。前記元素を一種以上銅に添加することで水素プラズマ処理により発生した水素と水素化物を形成し下地までの進入を防止することが可能となる。 Examples of the additive element that satisfies the requirements of the first additive element in the present invention include at least one element among lithium, palladium, and yttrium. By adding one or more of the above elements to copper, it is possible to form hydrogen and hydride generated by hydrogen plasma treatment and prevent entry to the base.
一方、第2添加元素において、第1要件〜第3要件を満たす元素として、アルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、スカンジウム、チタン及びジルコニウムうち少なくとも一種が挙げられる。 On the other hand, in the second additive element, as an element satisfying the first to third requirements, at least one of aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, scandium, titanium, and zirconium can be cited.
また、第4要件を満たす元素として、アルミニウム、ベリリウム、マンガン、バナジウム及び亜鉛うち少なくとも一種が挙げられる。 In addition, examples of the element that satisfies the fourth requirement include at least one of aluminum, beryllium, manganese, vanadium, and zinc.
本発明における第2の添加元素において、第1要件から第3要件を満たす元素は、密着性に寄与することより、純銅層の下層に配置することが望ましい。また、第4要件を満たす元素の場合、銅配線のテーパ形状をより得られ易くすることより、純銅層の上層に配置することが望ましい。 In the second additive element in the present invention, the element satisfying the first requirement to the third requirement is preferably disposed below the pure copper layer because it contributes to adhesion. In addition, in the case of an element that satisfies the fourth requirement, it is desirable that the element be disposed in the upper layer of the pure copper layer so that the taper shape of the copper wiring can be obtained more easily.
銅合金中の第1添加元素の添加量は0.1原子%よりも大きいことが望ましい。更には、銅への固溶限以下であることが望ましい。また、第2添加元素の含有量は0.1原子%よりも大きいことが望ましい。更には、銅への固溶限以下であることが望ましい。ここで、酸化反応の平衡酸素ポテンシャルは次式の左辺または右辺で定義される。 The addition amount of the first additive element in the copper alloy is desirably larger than 0.1 atomic%. Furthermore, it is desirable that it is below the solid solubility limit in copper. Further, the content of the second additive element is desirably larger than 0.1 atomic%. Furthermore, it is desirable that it is below the solid solubility limit in copper. Here, the equilibrium oxygen potential of the oxidation reaction is defined by the left side or the right side of the following equation.
上式において、Rは気体定数、Tは絶対温度、pは平衡酸素分圧、nは酸化物の酸素の化学量論数、ΔGは酸化物の生成自由エネルギーである。酸化物の生成自由エネルギーの値は、例えば「Ihsan Barin,THERMOCHEMICAL DATA OF PURE SUBSTANCES,VHC(1993)」などのデータベースに記載されている。 In the above equation, R is a gas constant, T is an absolute temperature, p is an equilibrium oxygen partial pressure, n is a stoichiometric number of oxide oxygen, and ΔG is a free energy of formation of the oxide. The value of the free energy of formation of the oxide is described in databases such as “Ihsan Barin, THERMOCHEMICAL DATA OF PURE SUBSTANCES, VHC (1993)”.
また、銅中における金属元素の固溶限は、例えば、「ASM HANDBOOK Volume 3,Alloy Phase Diagrams」などに記載されている二元合金状態図から読み取ることができる。 The solid solubility limit of the metal element in copper can be read from a binary alloy phase diagram described in, for example, “ASM HANDBOOK Volume 3, Alloy Phase Diagrams”.
また、熱工程の時間をtとすると、拡散距離はπDtの平方根として与えられるが、拡散係数Dが10−21(m2/s)よりも小さければ熱工程の時間を30分と見積っても拡散距離は数nm程度である。従って、Cu/Cu合金の上層CuへのCu合金添加元素の拡散距離はその膜厚(100nm〜)に対して無視しうる程度に制限できる。拡散定数の値は、日本金属学界編「金属データブック」などに記載されている頻度因子と活性化エネルギーのデータベースからアレニウス式を用いて求めることができる。 Further, if the time of the thermal process is t, the diffusion distance is given as the square root of πDt. If the diffusion coefficient D is smaller than 10 −21 (m 2 / s), the time of the thermal process is estimated to be 30 minutes. The diffusion distance is about several nm. Therefore, the diffusion distance of the Cu alloy-added element into the upper layer Cu of the Cu / Cu alloy can be limited to a level that can be ignored with respect to the film thickness (from 100 nm). The value of the diffusion constant can be obtained by using the Arrhenius equation from the frequency factor and activation energy database described in “Metal Data Book” edited by the Japan Metallurgy Society.
以下、本発明の第1実施形態乃至第3実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、第1実施形態乃至第3実施形態では、インプレインスイッチング型液晶表示装置のTFT基板の製造方法について示している。各実施形態では、各フォトリソグラフィ工程ごとに部分断面図と工程図が示されており、部分断面図では、フォトレジストを除去した段階を示している。以下の説明で、レジストパタン形成とは、フォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像しベークするまでの一連の工程を示すものとし、繰返しの説明は避ける。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the first to third embodiments, a method for manufacturing a TFT substrate of an in-plane switching type liquid crystal display device is described. In each embodiment, a partial cross-sectional view and a process diagram are shown for each photolithography process, and the partial cross-sectional view shows a stage where the photoresist is removed. In the following description, resist pattern formation refers to a series of steps from application of a photoresist to selective exposure using a mask until development and baking, and repeated description is avoided.
[第1実施形態]
図1は、本発明の液晶表示装置の一実施形態に係る液晶表示装置10を概略的に示す図である。この図に示されるように、液晶表示装置10は、上フレーム11及び下フレーム12に挟まれるように固定された液晶パネル20及び不図示のバックライト装置等から構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a liquid
図2には、図1の液晶パネル20の構成が示されている。液晶パネル20は、第1実施形態の製造方法により製造されたTFT基板100とカラーフィルタ基板21の2枚の基板を有し、これらの基板の間には液晶組成物が封止されている。TFT基板100には、駆動回路22により制御されるゲート信号線24及び駆動回路23により制御されるドレイン信号線25が張り巡らされ、これらの信号線は、液晶表示装置10の一画素として機能するセル26を形成している。なお、液晶パネル20は、その表示の解像度に対応する数のセル26を有するが、図2では、図が煩雑にならないよう、簡略化して示している。
FIG. 2 shows the configuration of the
図3には、TFT基板100の製造工程のうち、第1フォトリソグラフィ工程171により形成されるTFT基板100の断面が概略的に示されている。また、図4には第1フォトリソグラフィ工程171が示されている。これらの図に示されるように、第1フォトリソグラフィ工程171では、まず、無アルカリガラスからなるガラス基板101上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜102をスパッタリングにより成膜する(ステップS111)。ここで、透明導電膜102は、インジウム亜鉛酸化物、インジウム錫亜鉛酸化物であってもよい。膜厚は10nm〜150nmの程度であり、約20nm〜50nmが好適である。続いて、Cu/CuX合金103をマグネトロンスパッタリングにより成膜する(ステップS111)。Cu/CuX合金103の膜厚はCuが約200nm〜400nm、CuX合金は10nm〜100nmが好適である。本実施例では、CuX合金のXにマンガンを用いて実施した。他のアルミニウムやマグネシウム等でも良い。
FIG. 3 schematically shows a cross section of the
次に、ハーフ露光マスクを用いてレジストパタンを形成する(ステップS112)。ここで、走査信号線、共通信号線を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、共通(透明)電極を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。その後、Cu/CuX合金103を選択的にエッチング除去し(ステップS113)、続いて透明導電膜を選択的にエッチング除去する(ステップS114)。次に、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する(ステップS115)。アッシングの後、ハーフ露光部のCu/CuX合金103を選択的にエッチング除去し(ステップS116)、レジストを剥離する(ステップS117)。
Next, a resist pattern is formed using a half exposure mask (step S112). Here, the resist is formed thick without exposing the portions constituting the scanning signal line and the common signal line, and the resist is formed thinly as the half exposure for the portion where the common (transparent) electrode is formed. Thereafter, the Cu /
図5には、TFT基板100の製造工程のうち、第2フォトリソグラフィ工程172により形成されるTFT基板100の断面が概略的に示されている。また、図6には第2フォトリソグラフィ工程172が示されている。これらの図に示されるように、第2フォトリソグラフィ工程172では、まず、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜104と、非晶質ケイ素からなる半導体層105と、ドープした非晶質ケイ素(n+型)からなるコンタクト層106をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜し(ステップS121)、酸素プラズマによりコンタクト層の表面を予備酸化する(ステップS122)。
FIG. 5 schematically shows a cross section of the
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS123)、コンタクト層106、半導体層105を選択的にエッチング除去し(ステップS124)、レジストを剥離すると、いわゆる島状パタンが形成される(ステップS125)。以上の工程により、走査信号線(ゲート電極、走査信号線端子を含む)、共通信号線(共通信号線端子を含む)、共通(透明)電極が形成される。
After the resist pattern is formed using the binary exposure mask (step S123), the
図7には、TFT基板100の製造工程のうち、第3フォトリソグラフィ工程173により形成されるTFT基板100の断面が概略的に示されている。また、図8には第3フォトリソグラフィ工程173が示されている。これらの図に示されるように、第3フォトリソグラフィ工程173では、まず、第1添加元素としてリチウムを5原子%、第2添加元素としてマンガンを5原子%添加した銅を主成分とする合金からなる銅合金層107Aと99.99%純度の純銅からなる純銅層107Bとをマグネトロンスパッタリングにより連続成膜する(ステップS131)。銅を主成分とする合金からなる銅合金層107Aの膜厚は10nm〜100nmの程度であり、約20nm〜50nmが好適である。純銅層107Bの膜厚は100nm〜1000nmの程度であり、約200nm〜500nmが好適である。
FIG. 7 schematically shows a cross section of the
なお、銅合金の添加元素のうち、まず第1添加元素は本実施例のリチウムのほか、パラジウム、イットリウムが好適である。中でもイットリウムが特に良い。 Of the additive elements of the copper alloy, first, the first additive element is preferably palladium or yttrium in addition to lithium in this embodiment. Among them, yttrium is particularly good.
また、第2添加元素は、本実施例のマンガンのほか、アルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、ジルコニウムが好適である。 As the second additive element, aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, scandium, titanium, and zirconium are suitable in addition to the manganese of this embodiment.
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS132)、純銅層と銅合金層とを選択的にエッチング除去し(ステップS133)、コンタクト層を選択的にエッチング除去し(ステップS134)、レジストを剥離すると(ステップS135)、ドレイン電極(映像信号線及び映像信号線端子を含む)、及びソース電極が形成される。 After forming a resist pattern using a binary exposure mask (step S132), the pure copper layer and the copper alloy layer are selectively removed by etching (step S133), the contact layer is selectively removed by etching (step S134), and the resist is peeled off. Then (step S135), a drain electrode (including a video signal line and a video signal line terminal) and a source electrode are formed.
ここで、TFT基板のリーク電流低減、移動度の増加等特性向上を目的とした水素プラズマ処理を行う。水素化によるシリコン中のダングリングボンドを水素により終端する方法である。前記工程を経た基板にプラズマCVD装置を用いて水素プラズマ処理を施した。基板温度は100℃、処理時間は120秒で行った。 Here, hydrogen plasma treatment is performed for the purpose of improving the characteristics such as reducing the leakage current of the TFT substrate and increasing the mobility. This is a method of terminating dangling bonds in silicon by hydrogenation with hydrogen. The substrate subjected to the above-described process was subjected to hydrogen plasma treatment using a plasma CVD apparatus. The substrate temperature was 100 ° C. and the processing time was 120 seconds.
水素プラズマ処理後の配線パタンを観察したところ、コンタクト層上の銅配線に剥がれなどの不具合はなく、良好な密着性を有していることを確認した。また、100℃より高温の230℃で水素プラズマ処理を施したところ、良好な密着性を有していることを確認した。 When the wiring pattern after the hydrogen plasma treatment was observed, it was confirmed that the copper wiring on the contact layer had no defects such as peeling and had good adhesion. Moreover, when hydrogen plasma processing was performed at 230 degreeC higher than 100 degreeC, it confirmed that it had favorable adhesiveness.
図9には、TFT基板100の製造工程のうち、第4フォトリソグラフィ工程174により形成されるTFT基板100の断面が概略的に示されている。また、図10には第4フォトリソグラフィ工程174が示されている。これらの図に示されるように、第4フォトリソグラフィ工程174では、まず、窒化ケイ素からなる保護絶縁膜108をプラズマ化学蒸着法で成膜する(ステップS141)。保護絶縁膜108の成膜温度は約230℃であり、この時、第3フォトリソグラフィ工程173で形成した予備酸化したコンタクト層106と銅合金層107Aとの界面で、銅合金層107Aの添加元素であるマンガンの酸化反応が起こり、薄いマンガン酸化物の酸化物層110が生成する。この酸化物層110のマンガン酸化物が純銅層107Bと銅合金層107Aの銅のコンタクト層106と半導体層105への拡散及びコンタクト層106からのシリコンの拡散を遮断するバリア層として、または密着層として機能する。なお、本実施形態では、保護絶縁膜成膜時に酸化物層を形成したが、水素プラズマ処理前に予め熱処理等を施し酸化物層を形成しても良い。
FIG. 9 schematically shows a cross section of the
ここで銅合金層107Aの添加元素の酸化物層膜厚は0.5nm〜5nmであり1nm〜2nm程度が好適である。
Here, the oxide layer thickness of the additive element of the
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS142)、ソース電極上の保護絶縁膜にスルーホール109を開口し、同時に映像信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜にスルーホール(図示せず)を開口し、同時に走査信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜とゲート絶縁膜にスルーホール(図示せず)を開口し(ステップS143)、レジストを剥離する(ステップS144)。
After forming a resist pattern using a binary exposure mask (step S142), a through
図11には、TFT基板100の製造工程のうち、第5フォトリソグラフィ工程175により形成されるTFT基板100の断面が概略的に示されている。また、図12には第5フォトリソグラフィ工程175が示されている。これらの図に示されるように、第5フォトリソグラフィ工程175では、まず、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜111をスパッタリングにより成膜する(ステップS151)。まず、バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS152)、画素電極、走査信号線端子、共通信号線端子、映像信号線端子のパタン部を除き透明導電膜111を選択的にエッチング除去し(ステップS153)、レジストを剥離する(ステップS154)。以上の工程により液晶表示装置のTFT基板100が完成する。
FIG. 11 schematically shows a cross section of the
図13には、以上の工程により製造された液晶表示装置のTFT基板100を使用した液晶パネル150の一部断面が概略的に示されている。液晶パネルは、上述の第1フォトリソグラフィ工程171〜第5フォトリソグラフィ工程175により製造されたTFT基板100と、液晶120と、カラーフィルタ基板21とにより構成されている。この図に示されるように、TFT基板100の映像信号線であるドレイン線、ソース電極、及び共通電極は、銅により配線されている。
FIG. 13 schematically shows a partial cross section of a
以上説明したように、本実施形態によれば、水素プラズマ処理においても、銅合金層107Aの存在により、酸化物層110が還元されるのを抑制し、銅配線とコンタクト層106との密着性を保つことができる。
As described above, according to the present embodiment, even in the hydrogen plasma treatment, the
また、TFT基板100は純銅により配線されるため、TFT基板100の消費電力を低下させることができる。
Further, since the
[第2実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置のTFT基板200について説明する。なお、このTFT基板200が使用される液晶表示装置の構成は、第1実施形態における図1の液晶表示装置10及び図2の液晶パネル20の構成と同様であるため、これらの構成については説明を省略する。
[Second Embodiment]
A
図14には、TFT基板200の製造工程のうち、第1フォトリソグラフィ工程271により形成されるTFT基板200の断面が概略的に示されている。また、図15には第1フォトリソグラフィ工程271が示されている。これらの図に示されるように、第1フォトリソグラフィ工程271では、まず、無アルカリガラスからなるガラス基板201上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜202をスパッタリングにより成膜する(ステップS211)。ここで、透明導電膜202は、インジウム亜鉛酸化物、インジウム錫亜鉛酸化物であってもよい。膜厚は10nm〜150nmの程度であり、約20nm〜50nmが好適である。続いて、Cu/CuX合金203をマグネトロンスパッタリングにより成膜する(ステップS211)。Cu/CuX合金203の膜厚はCuが約200nm〜400nm、CuX合金は10nm〜100nmが好適である。本実施例では、CuX合金のXにマンガンを用いて実施した。他のアルミニウムやマグネシウム等でも良い。
FIG. 14 schematically shows a cross section of the
次に、ハーフ露光マスクを用いてレジストパタンを形成する(ステップS212)。ここで、走査信号線、共通信号線を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、共通(透明)電極を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。その後、Cu/CuX合金203を選択的にエッチング除去し(ステップS213)、続いて透明導電膜202を選択的にエッチング除去する(ステップS214)。次に、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する(ステップS215)。アッシングの後、ハーフ露光部のCuXを選択的にエッチング除去し(ステップS216)、レジストを剥離する(ステップS217)。
Next, a resist pattern is formed using a half exposure mask (step S212). Here, the resist is formed thick without exposing the portions constituting the scanning signal line and the common signal line, and the resist is formed thinly as the half exposure for the portion where the common (transparent) electrode is formed. Thereafter, the Cu /
図16には、TFT基板200の製造工程のうち、第2フォトリソグラフィ工程272により形成されるTFT基板200の断面が概略的に示されている。また、図17には第2フォトリソグラフィ工程272が示されている。これらの図に示されるように、第2フォトリソグラフィ工程272では、まず、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜204と、非晶質ケイ素からなる半導体層205と、ドープした非晶質ケイ素(n+型)からなるコンタクト層206をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜し(ステップS221)、酸素プラズマによりコンタクト層206の表面を予備酸化する(ステップS222)。
FIG. 16 schematically shows a cross section of the
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS223)、コンタクト層206、半導体層205を選択的にエッチング除去し(ステップS224)、レジストを剥離すると(ステップS225)、いわゆる島状パタンが形成される。以上の工程により、走査信号線(ゲート電極、走査信号線端子を含む)、共通信号線(共通信号線端子を含む)、共通(透明)電極が形成される。
After the resist pattern is formed using the binary exposure mask (step S223), the
図18には、TFT基板200の製造工程のうち、第3フォトリソグラフィ工程273により形成されるTFT基板200の断面が概略的に示されている。また、図19には第3フォトリソグラフィ工程273が示されている。これらの図に示されるように、第3フォトリソグラフィ工程273では、まず、初層としてCuMn合金層207Aを40nm成膜し、次いで、99.99%純度の純銅からなる純銅層207Bを600nm成膜し、さらに第1添加元素としてイットリウムを3原子%、第2添加元素としてアルミニウムを5原子%添加した銅を主成分とする合金からなる銅合金層207Cを60nmマグネトロンスパッタリングにより連続成膜する(ステップS231)。銅を主成分とする合金からなる銅合金層207Cの膜厚は10nm〜100nmの程度であり、約20nm〜60nmが好適である。純銅層207Bの膜厚は100nm〜1000nmの程度であり、約200nm〜600nmが好適である。
FIG. 18 schematically shows a cross section of the
なお、銅合金層207Cの銅合金の添加元素のうち、まず第1添加元素は本実施例のイットリウムのほか、リチウム、パラジウム、が好適である。中でもリチウムが特に良い。
Of the additive elements of the copper alloy of the
また、第2添加元素は、本実施例のアルミニウムのほか、ベリリウム、マンガン、バナジウム、亜鉛が好適である。 The second additive element is preferably beryllium, manganese, vanadium, or zinc in addition to the aluminum of this embodiment.
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS232)、銅合金層207Cと純銅層207BとCuMn合金層207Aとを選択的にエッチング除去し(ステップS233)、コンタクト層206を選択的にエッチング除去し(ステップS234)、レジストを剥離すると(ステップS235)、ドレイン電極(映像信号線及び映像信号線端子を含む)、及びソース電極が形成される。
After the resist pattern is formed using the binary exposure mask (step S232), the
エッチング後のドレイン電極、ソース電極の側面形状を観察した結果、厚膜(600nm)の純銅層207Bが順テーパ形状であることを確認した。
As a result of observing the shape of the side surfaces of the drain electrode and the source electrode after etching, it was confirmed that the thick copper (600 nm)
ここで、TFT基板200のリーク電流低減、移動度の増加等特性向上を目的とした水素プラズマ処理を行う。水素化によるシリコン中のダングリングボンドを水素により終端する方法である。前記工程を経た基板にプラズマCVD装置を用いて水素プラズマ処理を施した。基板温度は100℃、処理時間は120秒で行った。
Here, hydrogen plasma treatment is performed for the purpose of improving characteristics such as reduction of leakage current of
水素プラズマ処理後の配線パタンを観察したところ、コンタクト層206上の銅配線に剥がれなどの不具合はなく、良好な密着性を有していることを確認した。また、100℃より高温の230℃で水素プラズマ処理を施したところ、良好な密着性を有していることを確認した。
When the wiring pattern after the hydrogen plasma treatment was observed, it was confirmed that the copper wiring on the
図20には、TFT基板200の製造工程のうち、第4フォトリソグラフィ工程274により形成されるTFT基板200の断面が概略的に示されている。また、図21には第4フォトリソグラフィ工程274が示されている。これらの図に示されるように、第4フォトリソグラフィ工程274では、まず、窒化ケイ素からなる保護絶縁膜208をプラズマ化学蒸着法で成膜する(ステップS241)。保護絶縁膜208の成膜温度は約230℃であり、この時、第3フォトリソグラフィ工程273で形成した予備酸化したコンタクト層206とCuMn合金層207Aとの界面で、添加元素の酸化反応が起こり、薄い添加元素酸化物の酸化物層210が生成する。この酸化物が純銅層207Bと銅合金層207Cの銅のコンタクト層206と半導体層205への拡散及びコンタクト層206からのシリコンの拡散を遮断するバリア層として、または密着層として機能する。
FIG. 20 schematically shows a cross section of the
ここで銅合金層の添加元素の酸化物層膜厚は0.5nm〜5nmであり1nm〜2nm程度が好適である。 Here, the oxide layer thickness of the additive element of the copper alloy layer is 0.5 nm to 5 nm, and preferably about 1 nm to 2 nm.
バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS242)、ソース電極上の保護絶縁膜にスルーホールを開口し、同時に映像信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜にスルーホール(図示せず)を開口し、同時に走査信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜とゲート絶縁膜にスルーホール(図示せず)を開口し(ステップS243)、レジストを剥離する(ステップS244)。 After forming a resist pattern using a binary exposure mask (step S242), a through hole is opened in the protective insulating film on the source electrode, and at the same time, a through hole (not shown) is formed in the protective insulating film on the video signal line terminal (not shown). At the same time, a through hole (not shown) is opened in the protective insulating film and the gate insulating film on the scanning signal line terminal (not shown) (step S243), and the resist is peeled off (step S244).
図22には、TFT基板200の製造工程のうち、第5フォトリソグラフィ工程275により形成されるTFT基板200の断面が概略的に示されている。また、図23には第5フォトリソグラフィ工程275が示されている。これらの図に示されるように、第5フォトリソグラフィ工程275では、まず、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜211をスパッタリングにより成膜する(ステップS251)。まず、バイナリ露光マスクによるレジストパタン形成の後(ステップS252)、画素電極、走査信号線端子、共通信号線端子、映像信号線端子のパタン部を除き透明導電膜を選択的にエッチング除去し(ステップS253)、レジストを剥離する(ステップS254)。以上の工程により液晶表示装置のTFT基板200が完成する。
FIG. 22 schematically shows a cross section of the
図24には、以上の工程により製造された液晶表示装置のTFT基板200を使用した液晶パネル250の一部断面が概略的に示されている。液晶パネル250は、上述の第1フォトリソグラフィ工程271〜第5フォトリソグラフィ工程275により製造されたTFT基板200と、液晶213と、カラーフィルタ基板21とにより構成されている。この図に示されるように、TFT基板200の映像信号線であるドレイン線、ソース電極、及び共通電極は、銅により配線されている。
FIG. 24 schematically shows a partial cross section of a
以上説明したように、本実施形態によれば、水素プラズマ処理においても、銅合金層207Cの存在により、酸化物層210が還元されるのを抑制し、銅配線とコンタクト層206との密着性を保つことができる。
As described above, according to the present embodiment, even in the hydrogen plasma treatment, the
また、本実施形態によれば、銅合金層207Cの存在により厚膜化した純銅層207Bにおいても良好なテーパ形状を得ることができる。
Further, according to the present embodiment, a good taper shape can be obtained even in the
また、TFT基板200は純銅により配線されるため、TFT基板200の消費電力を低下させることができる。
Further, since the
[第3実施形態]
本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置のTFT基板300について説明する。なお、このTFT基板300が使用される液晶表示装置の構成は、第1実施形態における図1の液晶表示装置10及び図2の液晶パネル20の構成と同様であるため、これらの構成については説明を省略する。
[Third Embodiment]
A
第1実施形態では、5回のフォトリソグラフィを用いたが、本実施形態では4回のフォトリソグラフィを用いる。第1実施形態と同様に、図25から図34までの各図において、図25、図27、図29、図31及び図33は薄膜トランジスタ部分、図26、図28、図30、図32及び図34は工程の流れを示す。なお、図29及び図30は、図27及び図28の工程を代替する工程を示している。以下区分けした工程に従って説明する。 In the first embodiment, five times of photolithography are used, but in this embodiment, four times of photolithography are used. As in the first embodiment, in each of FIGS. 25 to 34, FIGS. 25, 27, 29, 31 and 33 are the thin film transistor portions, and FIGS. 26, 28, 30, 32 and 32. Reference numeral 34 denotes a process flow. 29 and 30 show a process for substituting the processes of FIGS. 27 and 28. The following explanation is based on the divided steps.
図25には、TFT基板300の製造工程のうち、第1フォトリソグラフィ工程371により形成されるTFT基板300の断面が概略的に示されている。また、図26には第1フォトリソグラフィ工程371が示されている。これらの図に示されるように、まず、無アルカリガラスからなる基板301上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜302をスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜は、インジウム亜鉛酸化物及びインジウム錫亜鉛酸化物のいずれであってもよい。膜厚は10nm〜150nmの程度であり、約50nmが好適である。続いて、第1実施形態と同様に、Cu/CuX合金303をマグネトロンスパッタリングにより連続成膜する(ステップS311)。
FIG. 25 schematically shows a cross section of the
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する(ステップS312)。ここで、走査信号線及び共通信号線を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、共通(透明)電極を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、Cu/CuX合金303をエッチングし(ステップS313)、続いて透明導電膜302をエッチングする(ステップS314)。ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する(ステップS315)。アッシングの後、ハーフ露光部のCu/CuX合金303をエッチングし、その後レジストを剥離する(ステップS317)。
Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask (step S312). Here, a thick resist is formed on the portions constituting the scanning signal line and the common signal line without exposure, and a thin resist is formed on the portion where the common (transparent) electrode is formed as half exposure. After photolithography, the Cu /
以上の工程により、走査信号線(ゲート電極、走査信号線端子を含む)、共通信号線(共通信号線端子を含む)及び共通(透明)電極が形成される。 Through the above steps, scanning signal lines (including gate electrodes and scanning signal line terminals), common signal lines (including common signal line terminals), and common (transparent) electrodes are formed.
図27には、TFT基板300の製造工程のうち、第2フォトリソグラフィ工程372aにより形成されるTFT基板300の断面が概略的に示されている。また、図28には第2フォトリソグラフィ工程372aが示されている。これらの図に示されるように、まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜304と、非晶質ケイ素からなる半導体層305と、ドープした非晶質ケイ素(n+型)からなるコンタクト層306をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜し(ステップS321a)、酸素プラズマによりコンタクト層306の表面を予備酸化する(ステップS322a)。
FIG. 27 schematically shows a cross section of the
続いて、イットリウムを4原子%、マンガンを3原子%とを含有し銅を主成分とする第1合金層307Aと99.99%純度の純銅層307Bをマグネトロンスパッタリングにより連続成膜する(ステップS323a)。第1合金層307Aの膜厚は10nm〜100nmの程度であり、約20nm〜50nmが好適である。純銅の膜厚は100nm〜1000nmの程度であり、約200nm〜500nmが好適である。
Subsequently, a
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する(ステップS324a)。ここで、ドレイン電極(映像信号線、映像信号線端子を含む)、及びソース電極を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、半導体層305の島パタンを形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、純銅層307B及び第1合金層307Aをエッチングし(ステップS325a)、続いてドープした非晶質ケイ素(n+型)層306と半導体層305をエッチングする(ステップS326a)。ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する(ステップS327a)。アッシングの後、ハーフ露光部の純銅/第1合金層の積層膜をエッチングし(ステップS328a)、引き続き、ドープした非晶質ケイ素(n+型)層306をエッチングすることで薄膜トランジスタのチャネルを分離し(ステップS329a)、レジストを剥離する(ステップS330a)。以上の工程により、ドレイン電極(映像信号線、映像信号線端子を含む)、ソース電極及び半導体層305の島パタンが形成される。
Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask (step S324a). Here, the drain electrode (including the video signal line and the video signal line terminal) and the portion constituting the source electrode are not exposed and the resist is formed thick, and the portion of the
図29及び図30には、図27及び図28に示した第2フォトリソグラフィ工程372aの変形例である第2フォトリソグラフィ工程372bが示されている。これらの図に示されるように、まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜304と、非晶質ケイ素からなる半導体層305と、ドープした非晶質ケイ素(n+型)層306をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜し(ステップS321b)、酸素プラズマによりコンタクト層306の表面を予備酸化する(ステップS322b)。続いて、第1合金層307A及び純銅層307Bを連続成膜する(ステップS323b)。
29 and 30 show a
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する(ステップS324b)。ここで、レジストパタンはドレイン電極(映像信号線、映像信号線端子を含む)及びソース電極を構成する部分に形成され、その内薄膜トランジスタのチャネル周辺には露光をせずにレジストを厚く形成し、その他の部分にはハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、第1合金層307A及び純銅層307Bの積層膜をエッチングすることによりドレイン電極(映像信号線、映像信号線端子を含む)及びソース電極を形成し、非晶質ケイ素(n+型)層306をエッチングすることにより薄膜トランジスタのチャネルを分離する(ステップS325b)。
Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask (step S324b). Here, the resist pattern is formed in a portion constituting a drain electrode (including a video signal line and a video signal line terminal) and a source electrode, and a resist is formed thickly around the channel of the thin film transistor without being exposed, In other parts, a resist is thinly formed as half exposure. After photolithography, the stacked film of the
続いて、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する(ステップS326b)。なお、このハーフ露光部のレジスト除去工程は省略可能である。引き続き、残りのレジストをリフローし薄膜トランジスタのチャネル部をレジストで埋める(ステップS327b)。引き続き、半導体層305をエッチングし(ステップS328b)、レジスト剥離することで半導体層305の島パタンが形成される(ステップS329b)。
Subsequently, the resist in the half exposure portion is removed by ashing (step S326b). In addition, the resist removal process of this half exposure part is omissible. Subsequently, the remaining resist is reflowed to fill the channel portion of the thin film transistor with the resist (step S327b). Subsequently, the
ここで、第1実施形態と同様に水素プラズマ処理を実施した。水素プラズマ処理後のチャネル部分を観察した結果、銅配線の剥がれは認められなかった。 Here, hydrogen plasma treatment was performed as in the first embodiment. As a result of observing the channel portion after the hydrogen plasma treatment, no peeling of the copper wiring was observed.
図31には、TFT基板300の製造工程のうち、第3フォトリソグラフィ工程373により形成されるTFT基板300の断面が概略的に示されている。また、図32には第3フォトリソグラフィ工程373が示されている。これらの図に示されるように、まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜308をプラズマ化学蒸着法で成膜する(ステップS331)。この成膜温度は約230℃である。この時、第2フォトリソグラフィ工程372aで形成した予備酸化(ステップS322a)したコンタクト層306とイットリウムーマンガンとを含有し銅を主成分とする第1合金層307Aとの界面で、添加元素の酸化反応が起こり、薄い添加元素酸化物(本実施例の場合はマンガン酸化物)の酸化物層310が生成する。この酸化物層が純銅層307Bと第1合金層307Aの銅のコンタクト層306と半導体層305への拡散を遮断するバリア層として、または密着層として機能する。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後(ステップS332)、ソース電極上および映像信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜308にスルーホール309を開口し、同時に走査信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜308とゲート絶縁膜304にスルーホール309を開口し(ステップS333)、レジストを剥離する(ステップS334)。
FIG. 31 schematically shows a cross section of the
図33には、TFT基板300の製造工程のうち、第4フォトリソグラフィ工程374により形成されるTFT基板300の断面が概略的に示されている。また、図34には第4フォトリソグラフィ工程374が示されている。これらの図に示されるように、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜311をスパッタリングにより成膜する(ステップS341)。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後(ステップS342)、画素電極311、走査信号線端子(図示せず)、共通信号線端子(図示せず)及び映像信号線端子(図示せず)のパタンをエッチング加工し(ステップS343)、レジストを剥離する(ステップS344)。以上の工程により4回のフォトリソグラフィを用いても、液晶表示装置のTFT基板300を作製することができる。
FIG. 33 schematically shows a cross section of the
図35には、以上の工程により製造された液晶表示装置のTFT基板300を使用した液晶パネル350の一部断面が概略的に示されている。この図に示されるように、TFT基板300の映像信号線であるドレイン線、ソース電極及び共通電極は銅により配線されている。
FIG. 35 schematically shows a partial cross section of a
なお、第1実施形態乃至第3実施形態においては、IPS(In Plane Switching)方式の液晶表示装置のTFT基板を用いることとしているが、TN(Twisted Nematic)方式及びVA(Vertical Alignment)方式のうちのいずれの方式のTFT基板であってもよい。 In the first to third embodiments, a TFT substrate of an IPS (In Plane Switching) type liquid crystal display device is used. Of the TN (Twisted Nematic) type and VA (Vertical Alignment) type Either type of TFT substrate may be used.
また、第1実施形態及び第3実施形態においては、銅合金層107A及び銅合金層307Aは銅配線の下層に配置され、第2実施形態においては、銅合金層207Cは銅配線の上層に配置した。添加元素の要件により銅合金層は純銅層の上層、下層に配置される。
In the first embodiment and the third embodiment, the
また、上述の実施形態においては、液晶表示装置を用いることとしたが、自発光素子を用いた有機EL表示装置のTFT基板等のガラス基板に形成される非晶質ケイ素膜上の銅配線、その他の基板に形成される非晶質ケイ素膜上の銅配線であってもよい。 In the above embodiment, the liquid crystal display device is used. However, the copper wiring on the amorphous silicon film formed on the glass substrate such as the TFT substrate of the organic EL display device using the self-luminous element, It may be a copper wiring on an amorphous silicon film formed on another substrate.
10 液晶表示装置、11 上フレーム、12 下フレーム、20 液晶パネル、21 カラーフィルタ基板、22 駆動回路、23 駆動回路、24 ゲート信号線、25 ドレイン信号線、26 セル、100 TFT基板、101 ガラス基板、102 透明導電膜、103 銅/銅合金、104 ゲート絶縁膜、105 半導体層、106 コンタクト層、107A 銅合金層、107B 純銅層、108 保護絶縁膜、109 スルーホール、110 酸化物層、111 透明導電膜、120 液晶、150 液晶パネル、200 TFT基板、201 ガラス基板、202 透明導電膜、203 銅/銅合金、204 ゲート絶縁膜、205 半導体層、206 コンタクト層、207A 銅合金層、207B 純銅層、207C 銅合金層、208 保護絶縁膜、210 酸化物層、211 透明導電膜、213 液晶、250 液晶パネル、300 TFT基板、301 ガラス基板、302 透明導電膜、303 純銅/銅合金、304 ゲート絶縁膜、305 半導体層、306 コンタクト層、307A 銅合金層、307B 純銅層、308 保護絶縁膜、309 スルーホール、310 酸化物層、311 透明導電膜、350 液晶パネル、313 液晶。 10 liquid crystal display device, 11 upper frame, 12 lower frame, 20 liquid crystal panel, 21 color filter substrate, 22 drive circuit, 23 drive circuit, 24 gate signal line, 25 drain signal line, 26 cell, 100 TFT substrate, 101 glass substrate , 102 transparent conductive film, 103 copper / copper alloy, 104 gate insulating film, 105 semiconductor layer, 106 contact layer, 107A copper alloy layer, 107B pure copper layer, 108 protective insulating film, 109 through hole, 110 oxide layer, 111 transparent Conductive film, 120 liquid crystal, 150 liquid crystal panel, 200 TFT substrate, 201 glass substrate, 202 transparent conductive film, 203 copper / copper alloy, 204 gate insulating film, 205 semiconductor layer, 206 contact layer, 207A copper alloy layer, 207B pure copper layer 207C Copper alloy layer 208 Insulating film, 210 oxide layer, 211 transparent conductive film, 213 liquid crystal, 250 liquid crystal panel, 300 TFT substrate, 301 glass substrate, 302 transparent conductive film, 303 pure copper / copper alloy, 304 gate insulating film, 305 semiconductor layer, 306 contact Layer, 307A copper alloy layer, 307B pure copper layer, 308 protective insulating film, 309 through hole, 310 oxide layer, 311 transparent conductive film, 350 liquid crystal panel, 313 liquid crystal.
Claims (4)
前記薄膜トランジスタは、
非晶質ケイ素の膜により形成された非晶質ケイ素層と、
前記非晶質ケイ素層上に形成された銅配線と、を備え、
前記銅配線は、リチウム、パラジウム及びイットリウムのうちから少なくとも一種の元素を第1添加元素として含み、更にアルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種の元素であって、前記第1添加元素以外の元素を、更に第2添加元素として含む銅を主成分とする合金により形成された第1銅合金層を有する、ことを特徴とする表示装置。 A display device using a thin film transistor,
The thin film transistor
An amorphous silicon layer formed by an amorphous silicon film;
A copper wiring formed on the amorphous silicon layer,
The copper wiring includes at least one element selected from lithium, palladium and yttrium as a first additive element, and further includes aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, silicon, scandium, titanium, zirconium, vanadium and zinc. It has a first copper alloy layer formed of an alloy containing copper as a main component, which is at least one kind of element and includes an element other than the first additive element as a second additive element. Display device.
前記第1銅合金層は、前記非晶質ケイ素層上に形成され、
前記純銅層は、前記第1銅合金層上に形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The copper wiring further includes a pure copper layer formed of pure copper on the first copper alloy layer,
The first copper alloy layer is formed on the amorphous silicon layer;
The display device according to claim 1, wherein the pure copper layer is formed on the first copper alloy layer.
前記非晶質ケイ素層上に、銅を主成分とする合金により形成された第2銅合金層と、
前記第2銅合金層上に純銅により形成された純銅層と、
を更に有し、
前記第1銅合金層は、前記純銅層上に形成され、
前記第1銅合金層の前記第2添加元素は、アルミニウム、ベリリウム、マンガン、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種の元素である、ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The copper wiring is
A second copper alloy layer formed of an alloy containing copper as a main component on the amorphous silicon layer;
A pure copper layer formed of pure copper on the second copper alloy layer;
Further comprising
The first copper alloy layer is formed on the pure copper layer,
The display device according to claim 1, wherein the second additive element of the first copper alloy layer is at least one element selected from aluminum, beryllium, manganese, vanadium, and zinc.
ドープした非晶質ケイ素膜を成膜する非晶質ケイ素膜成膜工程と、
前記ドープした非晶質ケイ素膜の表面を酸化する工程の後に、リチウム、パラジウム及びイットリウムのうちから少なくとも一種の元素を第1添加元素として含み、更にアルミニウム、ベリリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム及び亜鉛のうち少なくとも一種の元素であって、前記第1添加元素以外の元素を第2添加元素として含む銅を主成分とする合金により形成された銅合金膜を成膜する銅合金膜成膜工程と、
前記銅合金膜成膜工程の後に、純銅により形成された純銅膜を成膜する純銅膜成膜工程と、
前記銅合金膜と前記純銅膜とをエッチングし、銅配線を形成する銅配線形成工程と、
前記銅配線を形成しなかった箇所のドープした非晶質ケイ素膜を除去する工程の後に、前記銅配線に水素プラズマを照射する水素プラズマ照射工程と、を備える表示装置の製造方法。 A method of manufacturing a display device using a thin film transistor,
An amorphous silicon film forming step of forming a doped amorphous silicon film;
After the step of oxidizing the surface of the doped amorphous silicon film, at least one element selected from lithium, palladium, and yttrium is included as a first additive element, and aluminum, beryllium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, A copper alloy film formed of an alloy containing, as a main component, copper, which is at least one element of silicon, scandium, titanium, zirconium, vanadium, and zinc and contains an element other than the first additive element as a second additive element A copper alloy film forming step of forming a film;
A pure copper film forming step of forming a pure copper film formed of pure copper after the copper alloy film forming step;
Etching the copper alloy film and the pure copper film to form a copper wiring, and a copper wiring forming step,
A hydrogen plasma irradiation step of irradiating the copper wiring with hydrogen plasma after the step of removing the doped amorphous silicon film at the location where the copper wiring is not formed.
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