JP2019134032A - Tft基板、tft基板を備えた走査アンテナ、およびtft基板の製造方法 - Google Patents

Tft基板、tft基板を備えた走査アンテナ、およびtft基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アンテナ特性の低下を抑制することができる走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板、およびそのようなTFT基板の製造方法を提供する。【解決手段】TFT基板(101A)は、半導体層(5)と、ゲート電極(3G)を含むゲートメタル層(3)と、ゲート絶縁層(4)と、ソース電極(7S)およびドレイン電極を含むソースメタル層(7)と、ソースコンタクト部(6S)とドレインコンタクト部(6D)とを含むコンタクト層(6)とを有する。ソースメタル層は、下部ソースメタル層(S1)と上部ソースメタル層(S2)とを含む積層構造を有し、下部ソースメタル層のエッジは、上部ソースメタル層のエッジよりも内側にある。誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、複数のアンテナ単位領域の下部ソースメタル層のエッジおよび上部ソースメタル層のエッジのうちのソースコンタクト部またはドレインコンタクト部と重なっていない部分は、少なくとも2つの無機層で覆われている。【選択図】図10

Description

本発明は、走査アンテナに関し、特に、アンテナ単位(「素子アンテナ」ということもある。)が液晶容量を有する走査アンテナ(「液晶アレイアンテナ」ということもある。)、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板、およびそのようなTFT基板の製造方法に関する。
移動体通信や衛星放送用のアンテナは、ビームの方向を変えられる(「ビーム走査」または「ビームステアリング」と言われる。)機能を必要とする。このような機能を有するアンテナ(以下、「走査アンテナ(scanned antenna)」という。)として、アンテナ単位を備えるフェイズドアレイアンテナが知られている。しかしながら、従来のフェイズドアレイアンテナは高価であり、民生品への普及の障害となっている。特に、アンテナ単位の数が増えると、コストが著しく上昇する。
そこで、液晶材料(ネマチック液晶、高分子分散液晶を含む)の大きな誘電異方性(複屈折率)を利用した走査アンテナが提案されている(特許文献1〜5および非特許文献1)。液晶材料の誘電率は周波数分散を有するので、本明細書において、マイクロ波の周波数帯における誘電率(「マイクロ波に対する誘電率」ということもある。)を特に「誘電率M(εM)」と表記することにする。
特許文献3および非特許文献1には、液晶表示装置(以下、「LCD」という。)の技術を利用することによって低価格な走査アンテナが得られると記載されている。
本出願人は、従来のLCDの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナを開発している。本出願人による特許文献6は、従来のLCDの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板ならびにそのような走査アンテナの製造方法および駆動方法を開示している。参考のために、特許文献6の開示内容の全てを本明細書に援用する。
特開2007−116573号公報 特開2007−295044号公報 特表2009−538565号公報 特表2013−539949号公報 国際公開第2015/126550号 国際公開第2017/061527号
R. A. Stevenson et al., "Rethinking Wireless Communications:Advanced Antenna Design using LCD Technology", SID 2015 DIGEST, pp.827−830. M. ANDO et al., "A Radial Line Slot Antenna for 12GHz Satellite TV Reception", IEEE Transactions of Antennas and Propagation, Vol. AP−33, No.12, pp. 1347−1353 (1985).
特許文献6に記載の走査アンテナのアンテナ性能および量産性をさらに向上させるために、種々の構造を検討している過程で、試作した走査アンテナのアンテナ特性が低下することがあった。後述するように、アンテナ特性が低下した走査アンテナでは、液晶層にソースメタル層から金属が溶け出していることが分かった。本発明は、アンテナ特性の低下を抑制することができる走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板、およびそのようなTFT基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態によるTFT基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極と電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有するTFT基板であって、前記TFTの半導体層と、前記TFTのゲート電極を含むゲートメタル層と、前記ゲートメタル層と前記半導体層との間に形成されたゲート絶縁層と、前記半導体層上に形成されたソースメタル層であって、前記半導体層と電気的に接続されたソース電極および前記ドレイン電極を含むソースメタル層と、前記半導体層と前記ソース電極との間に形成されたソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極との間に形成されたドレインコンタクト部とを含むコンタクト層とを有し、前記ソースメタル層は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む積層構造を有し、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記下部ソースメタル層のエッジは、前記上部ソースメタル層のエッジよりも内側にあり、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分は、少なくとも2つの無機層で覆われている。
ある実施形態において、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジは、前記少なくとも2つの無機層で覆われている。
ある実施形態において、前記半導体層は、前記ゲート電極上に位置しており、前記TFT基板は、前記TFTを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された上部導電層とをさらに有し、前記少なくとも2つの無機層は、前記層間絶縁層と、前記上部導電層とを含む。
ある実施形態において、前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含む。
ある実施形態において、前記上部導電層は、透明導電層を含む。
ある実施形態において、前記上部導電層は、透明導電層を含む第1層と、前記第1層の下に形成され、Ti層、MoNb層、MoNbNi層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される少なくとも1つの層から形成されている第2層とを含む。
ある実施形態において、前記TFT基板は、前記複数のアンテナ単位領域以外の領域に配置された端子部をさらに有し、前記端子部は、前記ゲートメタル層に含まれる下部接続部と、前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層に形成された、前記下部接続部に達するコンタクトホールと、前記上部導電層に含まれ、前記コンタクトホール内で前記下部接続部と接続された上部接続部とを有する。
ある実施形態において、前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分を覆うように形成されている。
ある実施形態において、前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように形成されている。
ある実施形態において、前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層および前記上部ソースメタル層を覆うように形成されている。
ある実施形態において、前記ゲート電極は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に位置しており、前記TFT基板は、前記TFTを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された第1上部導電層と、前記第1上部導電層上に形成された第2上部導電層とをさらに有し、前記少なくとも2つの無機層は、前記ゲート絶縁層、前記層間絶縁層、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層のいずれかを含む。
ある実施形態において、前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含む。
ある実施形態において、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記パッチ電極の前記上部ソースメタル層のエッジは、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層で覆われている。
ある実施形態において、前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層には、前記パッチ電極に達するコンタクトホールが形成されており、前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層は、前記コンタクトホール内で露出された前記パッチ電極を覆う。
ある実施形態において、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層は、それぞれ透明導電層を含む。
ある実施形態において、前記第2上部導電層は、透明導電層を含む第1層と、前記第1層の下に形成され、Ti層、MoNb層、MoNbNi層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される少なくとも1つの層から形成されている第2層とを含む。
ある実施形態において、前記TFT基板は、前記複数のアンテナ単位領域以外の領域に配置された端子部をさらに有し、前記端子部は、前記ソースメタル層に含まれる下部接続部と、前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層に形成された、前記下部接続部に達する第2コンタクトホールと、前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層に含まれ、前記第2コンタクトホール内で前記下部接続部と接続された上部接続部とを有する。
本発明の実施形態による走査アンテナは、上記のいずれかのTFT基板と、前記TFT基板と対向するように配置されたスロット基板と、前記TFT基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、前記スロット基板の前記液晶層と反対側の表面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板とを備え、前記スロット基板は、他の誘電体基板と、前記他の誘電体基板の前記液晶層側の表面に形成されたスロット電極とを有し、前記スロット電極は複数のスロットを有し、前記複数のスロットのそれぞれは、前記TFT基板の前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれにおける前記パッチ電極に対応して配置されている。
本発明の実施形態によるTFT基板の製造方法は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有し、前記TFTのソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む、TFT基板の製造方法であって、前記誘電体基板上に、前記TFTのゲート電極を形成する工程(a)と、前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して前記ゲート電極と重なる前記TFTの半導体層と、前記半導体層の上面に接するコンタクト部とを形成する工程(b)と、前記コンタクト部上に、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部導電膜を形成する工程(c)と、前記下部導電膜上に、CuまたはAlを含む上部導電膜を形成する工程(d)と、前記上部導電膜上に、レジスト層を形成する工程(e)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして前記上部導電膜をエッチングすることによって、前記上部ソースメタル層を形成する工程(f)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして前記下部導電膜をエッチングすることによって、前記下部ソースメタル層を形成する工程(g)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、ドライエッチングによって前記コンタクト部をエッチングすることによって、前記半導体層と前記ソース電極とを接続するソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極とを接続するドレインコンタクト部とを形成する工程(h)と、前記TFTを覆う層間絶縁層を形成する工程(i)と、前記層間絶縁層上に導電膜を形成する工程(j)と、前記導電膜をパターニングすることによって、前記層間絶縁層上に上部導電層を形成する工程(k)とを包含し、前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分を覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する。
ある実施形態において、前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する。
ある実施形態において、前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層および前記上部ソースメタル層を覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する。
本発明の他の実施形態によるTFT基板の製造方法は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有し、前記TFTのソース電極、前記ドレイン電極および前記パッチ電極は、それぞれ、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む、TFT基板の製造方法であって、前記誘電体基板上に、前記TFTの半導体層と、前記半導体層の上面に接するコンタクト部とを形成する工程(A)と、前記コンタクト部上に、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部導電膜を形成する工程(B)と、前記下部導電膜上に、CuまたはAlを含む上部導電膜を形成する工程(C)と、前記上部導電膜上に、レジスト層を形成する工程(D)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして前記上部導電膜をエッチングすることによって、前記上部ソースメタル層を形成する工程(E)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして前記下部導電膜をエッチングすることによって、前記下部ソースメタル層を形成する工程(F)と、前記レジスト層をエッチングマスクとして、ドライエッチングによって前記コンタクト部をエッチングすることによって、前記半導体層と前記ソース電極とを接続するソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極とを接続するドレインコンタクト部とを形成する工程(G)と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に、ゲート絶縁膜を形成する工程(H)と、前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層と重なる前記TFTのゲート電極を形成する工程(I)と、前記ゲート電極上に、前記TFTを覆う層間絶縁膜を形成する工程(J)と、前記ゲート絶縁膜および前記層間絶縁膜に前記パッチ電極に達するコンタクトホールを形成することによって、ゲート絶縁層および層間絶縁層を形成する工程(K)と、前記層間絶縁層上に第1上部導電膜を形成する工程(L)と、前記第1上部導電膜をパターニングすることによって、前記層間絶縁層上に第1上部導電層を形成する工程(M)と、前記第1上部導電層上に第2上部導電膜を形成する工程(N)と、前記第2上部導電膜をパターニングすることによって、前記第1上部導電層上に第2上部導電層を形成する工程(O)とを包含し、前記工程(M)は、前記第1上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記第1上部導電層を形成する工程を包含し、前記工程(O)は、前記第2上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記第2上部導電層を形成する工程を包含する。
ある実施形態において、前記工程(M)および前記工程(O)は、前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層が、前記コンタクトホール内で露出された前記パッチ電極を覆うように、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層を形成する工程を包含する。
本発明の実施形態によると、アンテナ特性の低下を抑制することができる走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板、およびそのようなTFT基板の製造方法が提供される。
本発明の第1の実施形態による走査アンテナ1000Aの一部を模式的に示す断面図である。 (a)および(b)は、それぞれ、走査アンテナ1000Aが備えるTFT基板101Aおよびスロット基板201を示す模式的な平面図である。 (a)は、参考例1のTFT基板101Rの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、参考例1のTFT基板101Rの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(e)は、参考例1のTFT基板101Rの模式的な断面図である。 参考例1のTFT基板101Rの模式的な断面図である。 (a)〜(d)は、参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(d)は、参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、参考例1のTFT基板101Rの第2の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、TFT基板101Aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101Aの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(e)は、TFT基板101Aの模式的な断面図である。 TFT基板101Aの模式的な断面図である。 TFT基板101Aの模式的な断面図であり、図11(a)の一部を拡大して示す図である。 (a)は、第1の実施形態の変形例1のTFT基板101Bの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101Bの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101Bの模式的な断面図である。 (a)は、第1の実施形態の変形例2のTFT基板101Cの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101Cの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101Cの模式的な断面図である。 (a)は、第1の実施形態の変形例3のTFT基板101Dの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101Dの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 TFT基板101Dの模式的な断面図である。 (a)は、スロット基板201を模式的に示す断面図であり、(b)は、TFT基板101Aおよびスロット基板201におけるトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、参考例2のTFT基板102Rの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、参考例2のTFT基板102Rの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(e)は、参考例2のTFT基板102Rの模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの模式的な断面図である。 (a)〜(e)は、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(d)は、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、本発明の第2の実施形態によるTFT基板102Aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板102Aの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 TFT基板102Aの模式的な断面図である。 (a)および(b)は、TFT基板102Aの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、第2の実施形態の変形例のTFT基板102Bの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板102Bの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(e)は、TFT基板102Bの模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板102Bの模式的な断面図である。
以下で、図面を参照しながら本発明の実施形態による走査アンテナ、走査アンテナの製造方法、および走査アンテナに用いられるTFT基板を説明する。なお、本発明は以下で例示する実施形態に限られない。また、本発明の実施形態は図面に限定されるものではない。例えば、断面図における層の厚さ、平面図における導電部および開口部のサイズ等は例示である。
(走査アンテナの基本構造)
液晶材料の大きな誘電率M(εM)の異方性(複屈折率)を利用したアンテナ単位を用いた走査アンテナは、LCDパネルの画素に対応付けられるアンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率M(εM)を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で2次元的なパターンを形成する(LCDによる画像の表示に対応する。)。アンテナから出射される、または、アンテナによって受信される電磁波(例えば、マイクロ波)には、各アンテナ単位の静電容量に応じた位相差が与えられ、静電容量の異なるアンテナ単位によって形成された2次元的なパターンに応じて、特定の方向に強い指向性を有することになる(ビーム走査)。例えば、アンテナから出射される電磁波は、入力電磁波が各アンテナ単位に入射し、各アンテナ単位で散乱された結果得られる球面波を、各アンテナ単位によって与えられる位相差を考慮して積分することによって得られる。各アンテナ単位が、「フェイズシフター:phase shifter」として機能していると考えることもできる。液晶材料を用いた走査アンテナの基本的な構造および動作原理については、特許文献1〜4および非特許文献1、2を参照されたい。非特許文献2は、らせん状のスロットが配列された走査アンテナの基本的な構造を開示している。参考のために、特許文献1〜4および非特許文献1、2の開示内容の全てを本明細書に援用する。
なお、本発明の実施形態による走査アンテナにおけるアンテナ単位はLCDパネルの画素に類似してはいるものの、LCDパネルの画素の構造とは異なっているし、複数のアンテナ単位の配列もLCDパネルにおける画素の配列とは異なっている。後に詳細に説明する第1の実施形態の走査アンテナ1000Aを示す図1を参照して、本発明の実施形態による走査アンテナの基本構造を説明する。走査アンテナ1000Aは、スロットが同心円状に配列されたラジアルインラインスロットアンテナであるが、本発明の実施形態による走査アンテナはこれに限られず、例えば、スロットの配列は、公知の種々の配列であってよい。特に、スロットおよび/またはアンテナ単位の配列について、特許文献5の全ての開示内容を参考のために本明細書に援用する。
図1は、本実施形態の走査アンテナ1000Aの一部を模式的に示す断面図であり、同心円状に配列されたスロットの中心近傍に設けられた給電ピン72(図2(b)参照)から半径方向に沿った断面の一部を模式的に示す。
走査アンテナ1000Aは、TFT基板101Aと、スロット基板201と、これらの間に配置された液晶層LCと、スロット基板201と、空気層54を介して対向するように配置された反射導電板65とを備えている。走査アンテナ1000Aは、TFT基板101A側からマイクロ波を送受信する。
TFT基板101Aは、ガラス基板などの誘電体基板1と、誘電体基板1上に形成された複数のパッチ電極15と、複数のTFT10とを有している。各パッチ電極15は、対応するTFT10に接続されている。各TFT10は、ゲートバスラインとソースバスラインとに接続されている。
スロット基板201は、ガラス基板などの誘電体基板51と、誘電体基板51の液晶層LC側に形成されたスロット電極55とを有している。スロット電極55は複数のスロット57を有している。
スロット基板201と、空気層54を介して対向するように反射導電板65が配置されている。空気層54に代えて、マイクロ波に対する誘電率Mが小さい誘電体(例えば、PTFEなどのフッ素樹脂)で形成された層を用いることができる。スロット電極55と反射導電板65と、これらの間の誘電体基板51および空気層54とが導波路301として機能する。
パッチ電極15と、スロット57を含むスロット電極55の部分と、これらの間の液晶層LCとがアンテナ単位Uを構成する。各アンテナ単位Uにおいて、1つのパッチ電極15が1つのスロット57を含むスロット電極55の部分と液晶層LCを介して対向しており、液晶容量を構成している。また、各アンテナ単位Uは、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量(図3参照)を有している。走査アンテナ1000Aのアンテナ単位Uと、LCDパネルにおける画素とは似た構成を有している。しかしながら、走査アンテナ1000Aは、LCDパネルと多くの相違点を有している。
まず、走査アンテナ1000Aの誘電体基板1、51に求められる性能は、LCDパネルの基板に求められる性能と異なる。
一般にLCDパネルには、可視光に透明な基板が用いられ、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。反射型のLCDパネルにおいては、背面側の基板には透明性が必要ないので、半導体基板が用いられることもある。これに対し、アンテナ用の誘電体基板1、51としては、マイクロ波に対する誘電損失(マイクロ波に対する誘電正接をtanδMと表すことにする。)が小さいことが好ましい。誘電体基板1、51のtanδMは、概ね0.03以下であることが好ましく、0.01以下がさらに好ましい。具体的には、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板はプラスチック基板よりも寸法安定性、耐熱性に優れ、TFT、配線、電極等の回路要素をLCD技術を用いて形成するのに適している。例えば、導波路を形成する材料が空気とガラスである場合、ガラスの方が上記誘電損失が大きいため、ガラスがより薄い方が導波ロスを減らすことができるとの観点から、好ましくは400μm以下であり、300μm以下がさらに好ましい。下限は特になく、製造プロセスにおいて、割れることなくハンドリングできればよい。
電極に用いられる導電材料も異なる。LCDパネルの画素電極や対向電極には透明導電膜としてITO膜が用いられることが多い。しかしながら、ITOはマイクロ波に対するtanδMが大きく、アンテナにおける導電層として用いることができない。スロット電極55は、反射導電板65とともに導波路301の壁として機能する。したがって、導波路301の壁におけるマイクロ波の透過を抑制するためには、導波路301の壁の厚さ、すなわち、金属層(Cu層またはAl層)の厚さは大きいことが好ましい。金属層の厚さが表皮深さの3倍であれば、電磁波は1/20(−26dB)に減衰され、5倍であれば1/150(−43dB)程度に減衰されることが知られている。したがって、金属層の厚さが表皮深さの5倍であれば、電磁波の透過率を1%に低減することができる。例えば、10GHzのマイクロ波に対しては、厚さが3.3μm以上のCu層、および厚さが4.0μm以上のAl層を用いると、マイクロ波を1/150まで低減することができる。また、30GHzのマイクロ波に対しては、厚さが1.9μm以上のCu層、および厚さが2.3μm以上のAl層を用いると、マイクロ波を1/150まで低減することができる。このように、スロット電極55は、比較的厚いCu層またはAl層で形成することが好ましい。Cu層またはAl層の厚さに上限は特になく、成膜時間やコストを考慮して、適宜設定され得る。Cu層を用いると、Al層を用いるよりも薄くできるという利点が得られる。比較的厚いCu層またはAl層の形成は、LCDの製造プロセスで用いられる薄膜堆積法だけでなく、Cu箔またはAl箔を基板に貼り付ける等、他の方法を採用することもできる。金属層の厚さは、例えば、2μm以上30μm以下である。薄膜堆積法を用いて形成する場合、金属層の厚さは5μm以下であることが好ましい。なお、反射導電板65は、例えば、厚さが数mmのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
パッチ電極15は、スロット電極55のように導波路301を構成する訳ではないので、スロット電極55よりも厚さが小さいCu層またはAl層を用いることができる。ただし、スロット電極55のスロット57付近の自由電子の振動がパッチ電極15内の自由電子の振動を誘起する際に熱に変わるロスを避けるために、抵抗が低い方が好ましい。量産性の観点からはCu層よりもAl層を用いることが好ましく、Al層の厚さは例えば0.3μm以上2μm以下が好ましい。
また、アンテナ単位Uの配列ピッチは、画素ピッチと大きく異なる。例えば、12GHz(Ku band)のマイクロ波用のアンテナを考えると、波長λは、例えば25mmである。そうすると、特許文献4に記載されているように、アンテナ単位Uのピッチはλ/4以下および/またはλ/5以下であるので、6.25mm以下および/または5mm以下ということになる。これはLCDパネルの画素のピッチと比べて10倍以上大きい。したがって、アンテナ単位Uの長さおよび幅もLCDパネルの画素長さおよび幅よりも約10倍大きいことになる。
もちろん、アンテナ単位Uの配列はLCDパネルにおける画素の配列と異なり得る。ここでは、同心円状に配列した例(例えば、特開2002−217640号公報参照)を示すが、これに限られず、例えば、非特許文献2に記載されているように、らせん状に配列されてもよい。さらに、特許文献4に記載されているようにマトリクス状に配列してもよい。
走査アンテナ1000Aの液晶層LCの液晶材料に求められる特性は、LCDパネルの液晶材料に求められる特性と異なる。LCDパネルは画素の液晶層の屈折率変化によって、可視光(波長380nm〜830nm)の偏光に位相差を与えることによって、偏光状態を変化させる(例えば、直線偏光の偏光軸方向を回転させる、または、円偏光の円偏光度を変化させる)ことによって、表示を行う。これに対して実施形態による走査アンテナ1000Aは、アンテナ単位Uが有する液晶容量の静電容量値を変化させることによって、各パッチ電極から励振(再輻射)されるマイクロ波の位相を変化させる。したがって、液晶層は、マイクロ波に対する誘電率M(εM)の異方性(ΔεM)が大きいことが好ましく、tanδMは小さいことが好ましい。例えば、M. Wittek et al., SID 2015 DIGESTpp.824−826に記載のΔεMが4以上で、tanδMが0.02以下(いずれも19Gzの値)を好適に用いることができる。この他、九鬼、高分子55巻8月号pp.599−602(2006)に記載のΔεMが0.4以上、tanδMが0.04以下の液晶材料を用いることができる。
一般に液晶材料の誘電率は周波数分散を有するが、マイクロ波に対する誘電異方性ΔεMは、可視光に対する屈折率異方性Δnと正の相関がある。したがって、マイクロ波に対するアンテナ単位用の液晶材料は、可視光に対する屈折率異方性Δnが大きい材料が好ましいと言える。LCD用の液晶材料の屈折率異方性Δnは550nmの光に対する屈折率異方性で評価される。ここでも550nmの光に対するΔn(複屈折率)を指標に用いると、Δnが0.3以上、好ましくは0.4以上のネマチック液晶が、マイクロ波に対するアンテナ単位用に用いられる。Δnに特に上限はない。ただし、Δnが大きい液晶材料は極性が強い傾向にあるので、信頼性を低下させる恐れがある。液晶層の厚さは、例えば、1μm〜500μmである。
以下、本発明の実施形態による走査アンテナの構造および製造方法をより詳細に説明する。
(第1の実施形態)
まず、図1および図2を参照する。図1は詳述した様に走査アンテナ1000Aの中心付近の模式的な部分断面図であり、図2(a)および(b)は、それぞれ、走査アンテナ1000Aが備えるTFT基板101Aおよびスロット基板201を示す模式的な平面図である。
走査アンテナ1000Aは2次元に配列された複数のアンテナ単位Uを有しており、ここで例示する走査アンテナ1000Aでは、複数のアンテナ単位が同心円状に配列されている。以下の説明においては、アンテナ単位Uに対応するTFT基板101Aの領域およびスロット基板201の領域を「アンテナ単位領域」と呼び、アンテナ単位と同じ参照符号Uを付すことにする。また、図2(a)および(b)に示す様に、TFT基板101Aおよびスロット基板201において、2次元的に配列された複数のアンテナ単位領域によって画定される領域を「送受信領域R1」と呼び、送受信領域R1以外の領域を「非送受信領域R2」と呼ぶ。非送受信領域R2には、端子部、駆動回路などが設けられる。
図2(a)は、走査アンテナ1000Aが備えるTFT基板101Aを示す模式的な平面図である。
図示する例では、TFT基板101Aの法線方向から見たとき、送受信領域R1はドーナツ状である。非送受信領域R2は、送受信領域R1の中心部に位置する第1非送受信領域R2aと、送受信領域R1の周縁部に位置する第2非送受信領域R2bとを含む。送受信領域R1の外径は、例えば200mm〜1500mmで、通信量などに応じて設定される。
TFT基板101Aの送受信領域R1には、誘電体基板1に支持された複数のゲートバスラインGLおよび複数のソースバスラインSLが設けられ、これらの配線によってアンテナ単位領域Uが規定されている。アンテナ単位領域Uは、送受信領域R1において、例えば同心円状に配列されている。アンテナ単位領域Uのそれぞれは、TFTと、TFTに電気的に接続されたパッチ電極とを含んでいる。TFTのソース電極はソースバスラインSLに、ゲート電極はゲートバスラインGLにそれぞれ電気的に接続されている。また、ドレイン電極は、パッチ電極と電気的に接続されている。
非送受信領域R2(R2a、R2b)には、送受信領域R1を包囲するようにシール領域Rsが配置されている。シール領域Rsにはシール材(不図示)が付与されている。シール材は、TFT基板101Aおよびスロット基板201を互いに接着させるとともに、これらの基板101A、201の間に液晶を封入する。
非送受信領域R2のうちシール領域Rsの外側には、ゲート端子部GT、ゲートドライバGD、ソース端子部STおよびソースドライバSDが設けられている。ゲートバスラインGLのそれぞれはゲート端子部GTを介してゲートドライバGDに接続されている。ソースバスラインSLのそれぞれはソース端子部STを介してソースドライバSDに接続されている。なお、この例では、ソースドライバSDおよびゲートドライバGDは誘電体基板1上に形成されているが、これらのドライバの一方または両方は他の誘電体基板上に設けられていてもよい。
非送受信領域R2には、また、複数のトランスファー端子部PTが設けられている。トランスファー端子部PTは、スロット基板201のスロット電極55(図2(b))と電気的に接続される。本明細書では、トランスファー端子部PTとスロット電極55との接続部を「トランスファー部」と称する。図示するように、トランスファー端子部PT(トランスファー部)は、シール領域Rs内に配置されてもよい。この場合、シール材として導電性粒子を含有する樹脂を用いてもよい。これにより、TFT基板101Aとスロット基板201との間に液晶を封入させるとともに、トランスファー端子部PTとスロット基板201のスロット電極55との電気的な接続を確保できる。この例では、第1非送受信領域R2aおよび第2非送受信領域R2bの両方にトランスファー端子部PTが配置されているが、いずれか一方のみに配置されていてもよい。
なお、トランスファー端子部PT(トランスファー部)は、シール領域Rs内に配置されていなくてもよい。例えば非送受信領域R2のうちシール領域Rsの外側に配置されていてもよい。
図2(b)は、走査アンテナ1000Aにおけるスロット基板201を例示する模式的な平面図であり、スロット基板201の液晶層LC側の表面を示している。
スロット基板201では、誘電体基板51上に、送受信領域R1および非送受信領域R2に亘ってスロット電極55が形成されている。
スロット基板201の送受信領域R1では、スロット電極55には複数のスロット57が配置されている。スロット57は、TFT基板101Aにおけるアンテナ単位領域Uに対応して配置されている。図示する例では、複数のスロット57は、ラジアルインラインスロットアンテナを構成するように、互いに概ね直交する方向に延びる一対のスロット57が同心円状に配列されている。互いに概ね直交するスロットを有するので、走査アンテナ1000Aは、円偏波を送受信することができる。
非送受信領域R2には、複数の、スロット電極55の端子部ITが設けられている。端子部ITは、TFT基板101Aのトランスファー端子部PT(図2(a))と電気的に接続される。この例では、端子部ITは、シール領域Rs内に配置されており、導電性粒子を含有するシール材によって対応するトランスファー端子部PTと電気的に接続される。
また、第1非送受信領域R2aにおいて、スロット基板201の裏面側に給電ピン72が配置されている。給電ピン72によって、スロット電極55、反射導電板65および誘電体基板51で構成された導波路301にマイクロ波が挿入される。給電ピン72は給電装置70に接続されている。給電は、スロット57が配列された同心円の中心から行う。給電の方式は、直結給電方式および電磁結合方式のいずれであってもよく、公知の給電構造を採用することができる。
図2(a)および(b)では、シール領域Rsは、送受信領域R1を含む比較的狭い領域を包囲するように設けた例を示したが、これに限られない。特に、送受信領域R1の外側に設けられるシール領域Rsは、送受信領域R1から一定以上の距離を持つように、例えば、誘電体基板1および/または誘電体基板51の辺の近傍に設けてもよい。もちろん、非送受信領域R2に設けられる、例えば端子部や駆動回路は、シール領域Rsの外側(すなわち、液晶層が存在しない側)に形成してもよい。送受信領域R1から一定以上の離れた位置にシール領域Rsを形成することによって、シール材(特に、硬化性樹脂)に含まれている不純物(特にイオン性不純物)の影響を受けてアンテナ特性が低下することを抑制することができる。
<参考例1のTFT基板101R(アンテナ単位領域U)>
本実施形態のTFT基板101Aの詳細な構造を説明する前に、まず、図3〜図5を参照しながら、参考例1のTFT基板101Rを説明する。本発明者が、参考例1のTFT基板101Rを備える走査アンテナを試作し、駆動させると、アンテナ特性が低下することがあった。なお、以下の説明において、本実施形態のTFT基板101Aと共通する構成については、重複を避けるために、説明を省略することがある。図3(a)〜(c)は、参考例1のTFT基板101Rの模式的な平面図であり、図4(a)〜(e)および図5は、参考例1のTFT基板101Rの模式的な断面図である。
図3(a)および図4(a)を参照しながら、参考例1のTFT基板101Rのアンテナ単位領域Uの構造を説明する。図3(a)は、参考例1のTFT基板101Rの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図である。図4(a)は、参考例1のTFT基板101Rのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図3(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。
図3(a)および図4(a)に示すように、参考例1のTFT基板101Rは、誘電体基板1と、誘電体基板1上に配列され、それぞれが、TFT10と、TFT10のドレイン電極7Dと電気的に接続されたパッチ電極15とを有する複数のアンテナ単位領域Uとを有する。TFT10は、半導体層5と、ゲート電極3Gと、ゲート電極3Gと半導体層5との間に形成されたゲート絶縁層4と、半導体層5上に形成され、半導体層5と電気的に接続されたソース電極7Sおよびドレイン電極7Dと、半導体層5とソース電極7Sとの間に形成されたソースコンタクト部6Sと、半導体層5とドレイン電極7Dとの間に形成されたドレインコンタクト部6Dとを有する。図4(a)に示すように、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dを含むソースメタル層7は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層S1と、下部ソースメタル層S1上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有する。すなわち、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dは、それぞれ、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む。誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。
なお、平面図では、簡単のために、下部ソースメタル層S1のエッジと上部ソースメタル層S2のエッジとを区別せず、ソースメタル層7のエッジとして示している場合がある。ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dのエッジについても同様に、下部ソースメタル層S1のエッジおよび/または上部ソースメタル層S2のエッジと区別していない場合がある。
図4(a)に示すように、参考例1のTFT基板101Rにおいて、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。すなわち、ソースメタル層7は、逆テーパー状の側面を有する。本明細書において、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある構造を指して、「逆テーパー状」または「逆テーパー側面」ということがある。ソースメタル層7の側面が逆テーパー状であることにより、ソースメタル層7上に形成された無機層(ここでは、TFT10を覆うように形成された層間絶縁層11)に欠陥11dが生じている。本明細書では、ソースメタル層7が、ソースメタル層7上に形成された無機層(例えば無機絶縁層または酸化物導電層(「透明導電層」ということがある。例えばITO層。))で完全に被覆されていない箇所を指して、その無機層の欠陥という。層間絶縁層11の欠陥11dにおいて、例えば、層間絶縁層11は不連続である。
なお、断面図では、簡単のために、ゲート絶縁層4および/または層間絶縁層11を平坦化層のように表している場合があるが、一般に、薄膜堆積法(例えばCVD法、スパッタ法、真空蒸着法)によって形成される層は、下地の段差を反映した表面を有する。
参考例1のTFT基板101Rの層間絶縁層11が欠陥11dを有するので、参考例1のTFT基板101Rを備える走査アンテナにおいて、ソースメタル層7から金属イオン(CuイオンまたはAlイオン)が液晶層に溶け出すことにより、液晶材料が劣化し、アンテナ特性が低下することが分かった。
この例では、ソースメタル層7に含まれる電極および導電部のうち、上部ソースメタル層S2を含むいずれの電極または導電部からも金属イオンが溶け出す。例えば図示する例では、ソースメタル層7は、ソース電極7S、ドレイン電極7Dおよびパッチ電極15を含む。ソースメタル層7は、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有する。従って、ソース電極7S、ドレイン電極7Dおよびパッチ電極15のそれぞれは、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む。従って、これらの電極のいずれからも金属イオンが溶け出す。
上述したように、走査アンテナは、アンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率M(εM)を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で2次元的なパターンを形成する。マイクロ波領域の誘電異方性ΔεM(可視光に対する複屈折率Δn)が大きい液晶材料の比抵抗は低いので、液晶容量に印加された電圧の保持率が低い。液晶容量の電圧保持率が低下すると、液晶層に印加される実効電圧が低下し、液晶層に目的の電圧が印加されない。その結果、アンテナ単位の液晶層がマイクロ波に与える位相差が所定の値からずれることになる。位相差が所定の値からずれると、アンテナ特性が低下する。実際には、走査アンテナは予め決められた共振周波数でゲインが最大となるように設計されるので、電圧保持率の低下は、例えば、ゲインの低下として現れる。
マイクロ波領域の誘電異方性ΔεMが大きい液晶材料は、例えば、イソチオシアネート基(−NCS)またはチオシアネート基(−SCN)を含む。イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は劣化しやすい。液晶材料が劣化すると、比抵抗がさらに低下し、電圧保持率がさらに低下する。イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、強い極性を有し、化学的な安定性が、現在LCDに用いられている液晶材料に比べて低い。イソチオシアネート基およびチオシアネート基は、強い極性を有するので、水分を吸収しやすく、また、金属イオン(例えばCuイオンまたはAlイオン)と反応することがある。また、直流電圧が印加され続けると、電気的な分解反応を起こすことがある。また、イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、紫外領域から430nm付近までの光を吸収し、光分解しやすい。また、イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、熱にも比較的弱い。これらに起因して、液晶材料の比抵抗が低下する、および/または、イオン性不純物が増えるので、液晶容量の電圧保持率が低下する。
本発明者の検討によると、参考例1のTFT基板101Rが有する、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にあるという構造は、参考例1のTFT基板101Rの製造プロセスに起因して生じることが分かった。
<参考例1のTFT基板101Rの構造(非送受信領域R2)>
図3〜図5を参照して、参考例1のTFT基板101Rの非送受信領域R2の構造を説明する。図3〜図5に示すように、非送受信領域R2においても、ソースメタル層7は、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有し、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。ただし、参考例1のTFT基板101Rの非送受信領域R2の構造は、図示する例に限定されない。上述したアンテナ特性が低下するという問題は、非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの外側の構造にかかわらず生じ得る。非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの外側には液晶層LCがないので、上部ソースメタル層S2から液晶層LCに金属イオンが溶け出すという問題が生じないためである。
なお、後述する本実施形態のTFT基板101A(図10〜図12参照)は、非送受信領域R2の構造において、参考例1のTFT基板101Rと基本的に同じであるので、参考例1のTFT基板101Rとあわせて説明することがある。
図3(b)は、非送受信領域R2に設けられたトランスファー端子部PT、ゲート端子部GTおよびCS端子部CTを示しており、図3(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース−ゲート接続部SGおよびソース端子部STを示している。
トランスファー端子部PTは、シール領域Rsに位置する第1トランスファー端子部PT1と、シール領域Rsの外側(液晶層がない側)に設けられた第2トランスファー端子部PT2とを含む。図示する例では、第1トランスファー端子部PT1は、シール領域Rsに沿って、送受信領域R1を包囲するように延びている。
図4(b)は、図3(b)中のB−B’線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示しており、図4(c)は、図3(c)中のC−C’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示しており、図4(d)は、図3(c)中のD−D’線に沿ったソース端子部STの断面を示しており、図4(e)は、図3(b)中のE−E’線に沿った第2トランスファー端子部PT2の断面を示しており、図5は、図3(c)中のF−F’線に沿ったソース−ゲート接続部SGおよびソース端子部STの断面を示している。
一般に、ゲート端子部GTおよびソース端子部STはそれぞれゲートバスライン毎およびソースバスライン毎に設けられる。ソース−ゲート接続部SGは、一般に各ソースバスラインに対応して設けられる。図3(b)には、ゲート端子部GTと並べて、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2を図示しているが、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2の個数および配置は、それぞれゲート端子部GTとは独立に設定される。通常、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2の個数は、ゲート端子部GTの個数より少なく、CS電極およびスロット電極の電圧の均一性を考慮して適宜設定される。また、第2トランスファー端子部PT2は、第1トランスファー端子部PT1が形成されている場合には省略され得る。
各CS端子部CTは、例えば、各CSバスラインに対応して設けられる。各CS端子部CTは、複数のCSバスラインに対応して設けられていてもよい。例えば、各CSバスラインにスロット電圧と同じ電圧が供給される場合、参考例1のTFT基板101Rは、CS端子部CTを少なくとも1つ有すればよい。ただし、配線抵抗を下げるためには、参考例1のTFT基板101Rは複数のCS端子部CTを有することが好ましい。なお、スロット電圧は、例えばグランド電位である。また、CSバスラインにスロット電圧と同じ電圧が供給される場合、CS端子部CTまたは第2トランスファー端子部PT2のいずれかは省略され得る。
・ソース−ゲート接続部SG
参考例1のTFT基板101Rは、図3(c)に示すように、非送受信領域R2にソース−ゲート接続部SGを有する。ソース−ゲート接続部SGは、一般に、ソースバスラインSL毎に設けられる。ソース−ゲート接続部SGは、各ソースバスラインSLをゲートメタル層3内に形成された接続配線(「ソース下部接続配線」ということがある。)に電気的に接続する。後述するように、ソース−ゲート接続部SGを設けることによって、ソース端子部STの下部接続部をゲートメタル層3で形成することができる。これにより、参考例1のTFT基板101Rのソース端子部STは、信頼性に優れる。
図3(c)、図4(c)および図5に示すように、ソース−ゲート接続部SGは、ソース下部接続配線3sgと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1と、ソースバスライン接続部7sgと、層間絶縁層11に形成された開口部11sg1および開口部11sg2と、ソースバスライン上部接続部19sgとを有する。
ソース下部接続配線3sgは、ゲートメタル層3に含まれる。ソース下部接続配線3sgは、ゲートバスラインGLと電気的に分離されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1は、ソース下部接続配線3sgに達している。
ソースバスライン接続部7sgは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLに電気的に接続されている。この例では、ソースバスライン接続部7sgは、ソースバスラインSLから延設され、ソースバスラインSLと一体的に形成されている。ソースバスライン接続部7sgは、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を含む。ソースバスライン接続部7sgの幅は、ソースバスラインSLの幅よりも大きくてもよい。
層間絶縁層11に形成された開口部11sg1は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1および層間絶縁層11に形成された開口部11sg1は、コンタクトホールCH_sg1を構成する。
層間絶縁層11に形成された開口部11sg2は、ソースバスライン接続部7sgに達している。開口部11sg2をコンタクトホールCH_sg2ということがある。
ソースバスライン上部接続部19sg(単に「上部接続部19sg」ということがある。)は、上部導電層19に含まれる。上部接続部19sgは、層間絶縁層11上、コンタクトホールCH_sg1内、およびコンタクトホールCH_sg2内に形成され、コンタクトホールCH_sg1内でソース下部接続配線3sgと接続されており、コンタクトホールCH_sg2内でソースバスライン接続部7sgと接続されている。例えばここでは、上部接続部19sgは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1内でソース下部接続配線3sgと接触しており、層間絶縁層11に形成された開口部11sg2内でソースバスライン接続部7sgと接触している。
ソース下部接続配線3sgの内、開口部4sg1によって露出されている部分は、上部接続部19sgで覆われていることが好ましい。ソースバスライン接続部7sgの内、開口部11sg2によって露出されている部分は、上部接続部19sgで覆われていることが好ましい。
上部導電層19は、例えば透明導電層(例えばITO層)を含む。上部導電層19は、例えば透明導電層のみから形成されていてもよい。あるいは、上部導電層19は、透明導電層を含む第1層と、第1層の下に形成された第2層とを含む積層構造を有していてもよい。第2層は、例えば、Ti層、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている。
図4(c)に示すように、参考例1のTFT基板101Rのソース−ゲート接続部SGにおいて、ソースメタル層7が逆テーパー側面を有しており、層間絶縁層11が欠陥11dを有している。ソース−ゲート接続部SGが非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの内側に配置されている場合は、層間絶縁層11が欠陥11dを有することによって、上部ソースメタル層S2から液晶層LCに金属イオンが溶け出すという問題が生じ得る。ただし、ソース−ゲート接続部SGが非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの外側に配置されている場合は、上述したように、層間絶縁層11が欠陥11dを有しても、上部ソースメタル層S2から液晶層LCに金属イオンが溶け出すという問題は生じない。
図示する例では、コンタクトホールCH_sg2は、コンタクトホールCH_sg1から離間した位置に形成されている。本実施形態はこれに限られず、コンタクトホールCH_sg1およびコンタクトホールCH_sg2は、連続していてもよい(すなわち、単一のコンタクトホールとして形成されていてもよい)。コンタクトホールCH_sg1およびコンタクトホールCH_sg2は、単一のコンタクトホールとして同じ工程で形成されてもよい。具体的には、ソース下部接続配線3sgおよびソースバスライン接続部7sgに達する単一のコンタクトホールをゲート絶縁層4および層間絶縁層11に形成し、このコンタクトホール内および層間絶縁層11上に上部接続部19sgを形成してもよい。このとき、上部接続部19sgは、ソース下部接続配線3sgおよびソースバスライン接続部7sgの内、コンタクトホールによって露出されている部分を覆うように形成されることが好ましい。
・ソース端子部ST
参考例1のTFT基板101Rは、図3(c)に示すように、非送受信領域R2にソース端子部STを有する。ソース端子部STは、一般に、各ソースバスラインSLに対応して設けられる。ここでは、各ソースバスラインSLに対応して、ソース端子部STおよびソース−ゲート接続部SGが設けられている。
ソース端子部STは、図3(c)、図4(c)および図5に示すように、ソース−ゲート接続部SGに形成されたソース下部接続配線3sgに接続されたソース端子用下部接続部3s(単に「下部接続部3s」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sと、層間絶縁層11に形成された開口部11sと、ソース端子用上部接続部19s(単に「上部接続部19s」ということもある。)とを有している。
下部接続部3sは、ゲートメタル層3に含まれる。下部接続部3sは、ソース−ゲート接続部SGに形成されているソース下部接続配線3sgと電気的に接続されている。この例では、下部接続部3sは、ソース下部接続配線3sgから延設され、ソース下部接続配線3sgと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sは、下部接続部3sに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11sは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4s、および層間絶縁層11に形成された開口部11sは、コンタクトホールCH_sを構成する。
上部接続部19sは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19sは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_s内に形成され、コンタクトホールCH_s内で、下部接続部3sと接続されている。ここでは、上部接続部19sは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4s内で、下部接続部3sと接触している。
この例では、ソース端子部STは、ソースメタル層7に含まれる導電部を含まない。
ソース端子部STは、ゲートメタル層3に含まれる下部接続部3sを有するので、優れた信頼性を有する。
端子部、特にシール領域Rsよりも外側(液晶層と反対側)に設けられた端子部には、大気中の水分(不純物を含み得る。)によって腐食が生じることがある。大気中の水分は、下部接続部に達するコンタクトホールから侵入し、下部接続部に達し、下部接続部に腐食が起こり得る。腐食の発生を抑制する観点からは、下部接続部に達するコンタクトホールが深いことが好ましい。すなわち、コンタクトホールを構成する開口部が形成されている絶縁層の厚さが大きいことが好ましい。
また、誘電体基板としてガラス基板を有するTFT基板を作製する工程において、ガラス基板の破片や切り屑(カレット)によって、端子部の下部接続部にキズや断線が生じることがある。例えば、1つのマザー基板から複数のTFT基板が作製される。カレットは、例えば、マザー基板を切断する時、マザー基板にスクライブラインを形成する時、等に生じる。端子部の下部接続部のキズや断線を防ぐ観点からは、下部接続部に達するコンタクトホールが深いことが好ましい。すなわち、コンタクトホールを構成する開口部が形成されている絶縁層の厚さが大きいことが好ましい。
参考例1のTFT基板101Rのソース端子部STにおいて、下部接続部3sはゲートメタル層3に含まれているので、下部接続部3sに達するコンタクトホールCH_sは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sおよび層間絶縁層11に形成された開口部11sを有する。コンタクトホールCH_sの深さは、ゲート絶縁層4の厚さおよび層間絶縁層11の厚さの和である。これに対して、例えば下部接続部がソースメタル層7に含まれている場合、下部接続部に達するコンタクトホールは、層間絶縁層11に形成された開口部のみを有し、その深さは層間絶縁層11の厚さであり、コンタクトホールCH_sの深さよりも小さい。ここで、コンタクトホールの深さおよび絶縁層の厚さは、それぞれ、誘電体基板1の法線方向における深さおよび厚さをいう。他のコンタクトホールおよび絶縁層についても特に断らない限り同様である。このように、参考例1のTFT基板101Rのソース端子部STは、下部接続部3sがゲートメタル層3に含まれているので、例えば下部接続部がソースメタル層7に含まれている場合に比べて、優れた信頼性を有する。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sは、下部接続部3sの一部のみを露出するように形成されている。誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sは、下部接続部3sの内側にある。従って、開口部4s内の全ての領域は、誘電体基板1上に下部接続部3sおよび上部接続部19sを有する積層構造を有する。ソース端子部STにおいて、下部接続部3sの外側は、ゲート絶縁層4および層間絶縁層11を有する積層構造を有する。これにより、参考例1のTFT基板101Rのソース端子部STは優れた信頼性を有する。優れた信頼性を得る観点からは、ゲート絶縁層4の厚さおよび層間絶縁層11の厚さの和が大きいことが好ましい。
下部接続部3sの内、開口部4sによって露出されている部分は、上部接続部19sで覆われている。
・ゲート端子部GT
参考例1のTFT基板101Rは、図3(b)に示すように、非送受信領域R2にゲート端子部GTを有する。ゲート端子部GTは、図3(b)に示すように、例えばソース端子部STと同様の構成を有する。ゲート端子部GTは、一般に、ゲートバスラインGL毎に設けられる。
図3(b)に示すように、この例では、ゲート端子部GTは、ゲート端子用下部接続部3g(単に「下部接続部3g」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4gと、層間絶縁層11に形成された開口部11gと、ゲート端子用上部接続部19g(単に「上部接続部19g」ということもある。)とを有している。
下部接続部3gは、ゲートメタル層3に含まれ、ゲートバスラインGLと電気的に接続されている。この例では、下部接続部3gは、ゲートバスラインGLから延設され、ゲートバスラインGLと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4gは、下部接続部3gに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11gは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4gに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4g、および層間絶縁層11に形成された開口部11gは、コンタクトホールCH_gを構成する。
上部接続部19gは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19gは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_g内に形成され、コンタクトホールCH_g内で、下部接続部3gと接続されている。ここでは、上部接続部19gは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4g内で、下部接続部3gと接触している。
この例では、ゲート端子部GTは、ソースメタル層7に含まれる導電部を有しない。
ゲート端子部GTは、ゲートメタル層3に含まれる下部接続部3gを有するので、ソース端子部STと同様に、優れた信頼性を有する。
・CS端子部CT
参考例1のTFT基板101Rは、図3(b)に示すように、非送受信領域R2にCS端子部CTを有する。CS端子部CTは、ここでは、図3(b)に示すように、ソース端子部STおよびゲート端子部GTと同様の構成を有する。CS端子部CTは、例えば各CSバスラインCLに対応して設けられていてもよい。
図3(b)に示すように、CS端子部CTは、CS端子用下部接続部3c(単に「下部接続部3c」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4cと、層間絶縁層11に形成された開口部11cと、CS端子用上部接続部19c(単に「上部接続部19c」ということもある。)とを有している。
下部接続部3cは、ゲートメタル層3に含まれる。下部接続部3cは、CSバスラインCLと電気的に接続されている。この例では、下部接続部3cは、CSバスラインCLから延設され、CSバスラインCLと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4cは、下部接続部3cに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11cは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4cに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4c、および層間絶縁層11に形成された開口部11cは、コンタクトホールCH_cを構成する。
上部接続部19cは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19cは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_c内に形成され、コンタクトホールCH_c内で、下部接続部3cと接続されている。ここでは、上部接続部19cは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4c内で、下部接続部3cと接触している。
この例では、CS端子部CTは、ソースメタル層7に含まれる導電部を有しない。
CS端子部CTは、ゲートメタル層3に含まれる下部接続部3cを有するので、ソース端子部STと同様に、優れた信頼性を有する。
・トランスファー端子部PT
参考例1のTFT基板101Rは、図3(b)に示すように、非送受信領域R2に第1トランスファー端子部PT1を有する。第1トランスファー端子部PT1は、ここでは、シール領域Rs内に設けられている(すなわち、第1トランスファー端子部PT1は、液晶層を包囲するシール部に設けられている)。
第1トランスファー端子部PT1は、図3(b)および図4(b)に示すように、第1トランスファー端子用下部接続部3p1(単に「下部接続部3p1」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1と、層間絶縁層11に形成された開口部11p1と、第1トランスファー端子用上部接続部19p1(単に「上部接続部19p1」ということもある。)とを有している。
下部接続部3p1は、ゲートメタル層3に含まれる。すなわち、下部接続部3p1は、ゲートバスラインGLと同じ導電膜から形成されている。下部接続部3p1は、ゲートバスラインGLと電気的に分離されている。例えば、CSバスラインCLにスロット電圧と同じ電圧が供給されている場合、下部接続部3p1は、例えばCSバスラインCLと電気的に接続されている。図示するように、下部接続部3p1は、CSバスラインから延設されていてもよい。ただしこの例に限られず、下部接続部3p1は、CSバスラインと電気的に分離されていてもよい。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1は、下部接続部3p1に達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11p1は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1および層間絶縁層11に形成された開口部11p1は、コンタクトホールCH_p1を構成する。
上部接続部19p1は、上部導電層19に含まれる。上部接続部19p1は、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_p1内に形成され、コンタクトホールCH_p1内で、下部接続部3p1と接続されている。ここでは、上部接続部19p1は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1内で、下部接続部3p1と接触している。上部接続部19p1は、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用上部接続部と接続される(図20(b)参照)。
この例では、第1トランスファー端子部PT1は、ソースメタル層7に含まれる導電部を有しない。
この例では、下部接続部3p1は、互いに隣接する2つのゲートバスラインGLの間に配置されている。ゲートバスラインGLを挟んで配置された2つの下部接続部3p1は、導電接続部(不図示)を介して電気的に接続されていてもよい。2つの下部接続部3p1を電気的に接続する導電接続部は、例えばソースメタル層7に含まれていてもよい。
ここでは、1つのコンタクトホールCH_p1が設けられることによって、下部接続部3p1が、上部接続部19p1と接続されているが、コンタクトホールCH_p1は、1つの下部接続部3p1に対して1つ以上設けられていればよい。1つの下部接続部3p1に対して複数のコンタクトホールが設けられていてもよい。コンタクトホールの個数や形状は図示する例に限られない。
第2トランスファー端子部PT2は、シール領域Rsの外側(送受信領域R1と反対側)に設けられている。ここでは、第2トランスファー端子部PT2は、図3(b)および図4(e)に示すように、第1トランスファー端子部PT1と同じ断面構造を有している。第2トランスファー端子用下部接続部3p2(単に「下部接続部3p2」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2と、層間絶縁層11に形成された開口部11p2と、第2トランスファー端子用上部接続部19p2(単に「上部接続部19p2」ということもある。)とを有している。
下部接続部3p2は、ゲートメタル層3に含まれる。ここでは、下部接続部3p2は、第1トランスファー端子用下部接続部3p1から延設され、第1トランスファー端子用下部接続部3p1と一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2は、下部接続部3p2に達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11p2は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2および層間絶縁層11に形成された開口部11p2は、コンタクトホールCH_p2を構成する。
上部接続部19p2は、上部導電層19に含まれる。上部接続部19p2は、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_p2内に形成され、コンタクトホールCH_p2内で、下部接続部3p2と接続されている。ここでは、上部接続部19p2は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2内で、下部接続部3p2と接触している。
第2トランスファー端子部PT2においても、上部接続部19p2が、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用上部接続部と接続されていてもよい。
この例では、第2トランスファー端子部PT2は、ソースメタル層7に含まれる導電部を有しない。
<参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法>
参考例1のTFT基板101Rを用いると、ソースメタル層7から金属元素(CuまたはAl)が液晶層に溶出するという問題が発生するのは、以下に説明する製造方法において、ソースメタル層を覆う無機層に欠陥が形成されることによって、ソースメタル層が無機層から露出されるからである。無機層の欠陥は、特に、ソースコンタクト部6S、ドレインコンタクト部6D、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を形成するプロセスに起因して形成される。
図6〜図8を参照して、参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法を説明する。
図6(a)〜(d)、図7(a)〜(c)および図8(a)〜(d)は、参考例1のTFT基板101Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図のそれぞれは、図4(a)、(c)および(d)に対応する断面(参考例1のTFT基板101RのA−A’断面、C−C’断面およびD−D’断面)を示している。
まず、図6(a)に示すように、誘電体基板1上に、スパッタ法などによって、ゲート用導電膜3’を形成する。ゲート用導電膜3’の材料は特に限定されず、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の金属またはその合金、若しくはその金属窒化物を含む膜を適宜用いることができる。ここでは、ゲート用導電膜3’として、Al膜(厚さ:例えば150nm)およびMoN膜(厚さ:例えば100nm)をこの順で積層した積層膜(MoN/Al)を形成する。
次いで、ゲート用導電膜3’をパターニングすることにより、図6(b)に示すように、ゲートメタル層3を形成する。具体的には、アンテナ単位形成領域にゲート電極3G、ゲートバスラインGL、補助容量対向電極3C、およびCSバスラインCLを形成し、ソース−ゲート接続部形成領域にソース下部接続配線3sgを形成し、各端子部形成領域に下部接続部3s、3g、3c、3p1および3p2を形成する。ここでは、ゲート用導電膜3’のパターニングは、例えばウェットエッチングによって行う。
この後、図6(c)に示すように、ゲートメタル層3を覆うようにゲート絶縁膜4’、真性アモルファスシリコン膜5’およびn型アモルファスシリコン膜6’をこの順で形成する。ゲート絶縁膜4’は、CVD法等によって形成され得る。ゲート絶縁膜4’としては、酸化珪素(SiO)膜、窒化珪素(Si)膜、酸化窒化珪素(SiO;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiN;x>y)膜等を適宜用いることができる。ここでは、ゲート絶縁膜4’として、例えば厚さ350nmの窒化珪素(Si)膜を形成する。また、例えば厚さ120nmの真性アモルファスシリコン膜5’および例えば厚さ30nmのn型アモルファスシリコン膜6’を形成する。あるいは、半導体膜5’として結晶質シリコン膜(例えばポリシリコン膜)を形成してもよい。
次いで、真性アモルファスシリコン膜5’およびn型アモルファスシリコン膜6’をパターニングすることにより、図6(d)に示すように、島状の半導体層5およびコンタクト部6a’を形成する。ここで、真性アモルファスシリコン膜5’およびn型アモルファスシリコン膜6’のパターニングは、例えば、同一のエッチングマスク(フォトレジスト)を用いて、ドライエッチングによってエッチングすることによって行う。コンタクト部6a’は、半導体層5の上面に接するように形成される。
次いで、図7(a)に示すように、ゲート絶縁膜4’上およびコンタクト部6a’上に、スパッタ法などによってソース用下部導電膜S1’を形成し、ソース用下部導電膜S1’上にソース用上部導電膜S2’を形成する。その後、ソース用上部導電膜S2’上にフォトレジストを用いてレジスト層80を形成する。ソース用下部導電膜S1’は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含み、ソース用上部導電膜S2’は、CuまたはAlを含む。ここでは、ソース用下部導電膜S1’として、Ti膜(厚さ:例えば20nm)を形成し、ソース用上部導電膜S2’として、Cu膜(厚さ:例えば500nm)を形成する(この場合、形成されるソースメタル層7は、Ti層およびCu層がこの順で積層された積層構造(Cu/Ti)を有する)。あるいは、ソース用下部導電膜S1’として、Ti膜(厚さ:例えば20nm)を形成し、ソース用上部導電膜S2’として、Al膜(厚さ:例えば750nm)およびMoN膜(厚さ:例えば100nm)をこの順で積層した積層膜(MoN/Al)を形成してもよい(この場合、形成されるソースメタル層7は、Ti層、Al層およびMoN層がこの順で積層された積層構造(MoN/Al/Ti)を有する)。
次いで、図7(b)に示すように、ソース用上部導電膜S2’をエッチングすることによって上部ソースメタル層S2を形成する。また、図7(c)に示すように、ソース用下部導電膜S1’をエッチングすることによって下部ソースメタル層S1を形成し、コンタクト部6a’をエッチングすることによってソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成する。以下で説明するように、ソース用下部導電膜S1’およびソース用上部導電膜S2’のパターニングは、ともにレジスト層80をエッチングマスクとして用いることによって行われる。これにより、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有するソースメタル層7が形成される。ソースメタル層7は、アンテナ単位形成領域にソース電極7S、ドレイン電極7D、ソースバスラインSL、補助容量電極7C、およびパッチ電極15を含み、ソース−ゲート接続部形成領域にソースバスライン接続部7sgを含む。ソースメタル層7は、上記積層構造を有するので、ソース電極7S、ドレイン電極7D、ソースバスラインSL、補助容量電極7C、パッチ電極15、およびソースバスライン接続部7sgのそれぞれは、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を含む。ソースコンタクト部6Sは、半導体層5とソース電極7Sとを接続するように形成され、ドレインコンタクト部6Dは、半導体層5とドレイン電極7Dとを接続するように形成される。
具体的には、まず、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用上部導電膜S2’をウェットエッチングまたはドライエッチングによってエッチングすることによって、図7(b)に示すように上部ソースメタル層S2を形成する。このエッチング工程において、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートに対するエッチング選択比が大きいエッチャントを用いる。
例えば、ソース用上部導電膜S2’としてCu膜を形成した場合は、例えば混酸水溶液を用いてソース用上部導電膜S2’のエッチングを行う。ソース用上部導電膜S2’として、Al膜およびMoN膜をこの順で積層した積層膜(MoN/Al)を形成した場合は、ソース用上部導電膜S2’のエッチングは、例えばリン酸、硝酸および酢酸を含む水溶液を用いて行う。このとき、MoN膜およびAl膜は同じエッチャントを用いてエッチングされる。これに限られず、MoN膜およびAl膜は異なるエッチャントを用いてエッチングしてもよい。
次いで、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングすることによって、図7(c)に示すように、下部ソースメタル層S1と、互いに分離されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dとを形成する。ここでは、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いて行う。
このドライエッチング工程を行う前の時点において、図7(b)に示すように、レジスト層80から露出されている領域は、コンタクト部6a’を有する領域raと、コンタクト部6a’を有しない領域rbとを含む。領域raおよび領域rbのいずれもソース用下部導電膜S1’を有する。ドライエッチング工程において、領域rbにおいては、領域raに比べて、コンタクト部6a’を有しない分だけ、ソース用下部導電膜S1’および/またはゲート絶縁膜4’がオーバーエッチされる。このドライエッチング工程で用いられるエッチャントの、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートがソース用上部導電膜S2’のエッチングレートよりも高いと、図7(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入り込む。すなわち、サイドエッチングによって、ソース用下部導電膜S1’のうち、エッチングマスクであるレジスト層80の下の部分もエッチングされる(アンダーカット)。これにより、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になる。また、例えば図7(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GEにおいて、ゲート絶縁膜4’がエッチングされる。
なお、このドライエッチング工程は、半導体層5へのプロセスダメージを抑制する観点から、半導体層5のエッチングレートが低い条件で行うことが好ましい。このような観点からエッチング条件(例えばエッチャント)を選択すると、上述したように、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になることがあった。
ここで、ソース−ゲート接続部形成領域において、ソース下部接続配線3sgの少なくとも一部は、ソースバスライン接続部7sgと重ならないようにソースメタル層7が形成されている。また、各端子部形成領域は、ソースメタル層7に含まれる導電部を有しない。
次いで、レジスト層80を除去し、その後、図8(a)に示すように、TFT10およびソースメタル層7を覆うように層間絶縁膜11’を形成する。層間絶縁膜11’は、例えばCVD法によって形成される。層間絶縁膜11’としては、酸化珪素(SiO)膜、窒化珪素(Si)膜、酸化窒化珪素(SiO;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiN;x>y)膜等を適宜用いることができる。この例では、層間絶縁膜11’は、半導体層5のチャネル領域と接するように形成される。ここでは、層間絶縁膜11’として、例えば厚さ100nmの窒化珪素(Si)膜を形成する。
このとき、ソースメタル層7が逆テーパー状の側面を有するので、層間絶縁膜11’は、ソースメタル層7の側面を完全に覆うことができない場合がある。すなわち、層間絶縁膜11’には、欠陥(例えば不連続部分)11dが形成される。なお、ゲート絶縁膜4’のうち、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GE(図7(c)参照)がエッチングされていることによって、層間絶縁膜11’の欠陥(不連続部分)11dがより大きくなり得る。上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1の厚さにもよるが、例えば、層間絶縁膜11’の厚さが200nm以下である場合、層間絶縁膜11’に欠陥11dが発生しやすい傾向にある。
続いて、図8(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’のエッチングを行うことにより、層間絶縁層11およびゲート絶縁層4を形成する。具体的には、ソース−ゲート接続部形成領域においては、ソース下部接続配線3sgに達するコンタクトホールCH_sg1をゲート絶縁膜4’および層間絶縁膜11’に形成し、ソースバスライン接続部7sgに達する開口部11sg2(コンタクトホールCH_sg2)を層間絶縁膜11’に形成する。各端子部形成領域においては、それぞれ、下部接続部3s、3g、3c、3p1および3p2に達するコンタクトホールCH_s、CH_g、CH_c、CH_p1およびCH_p2を層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’に形成する。
このエッチング工程では、ソースメタル層7をエッチストップとして層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’のエッチングが行われる。
ソース−ゲート接続部形成領域では、ソース下部接続配線3sgに重なる領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされる(例えば同じエッチングマスクおよび同じエッチャントを用いてエッチングされる)とともに、ソースバスライン接続部7sgに重なる領域においてはソースバスライン接続部7sgがエッチストップとして機能することにより層間絶縁膜11’がエッチングされる。これにより、コンタクトホールCH_sg1およびCH_sg2が得られる。
コンタクトホールCH_sg1は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1と、層間絶縁層11に形成された開口部11sg1とを有する。ここで、ソース下部接続配線3sgの少なくとも一部は、ソースバスライン接続部7sgと重ならないように形成されているので、ゲート絶縁膜4’および層間絶縁膜11’にコンタクトホールCH_sg1が形成される。コンタクトホールCH_sg1の側面において、開口部4sg1の側面と開口部11sg1の側面とが整合していてもよい。
本明細書において、コンタクトホール内において、異なる2以上の層の「側面が整合する」とは、これらの層におけるコンタクトホール内に露出した側面が、垂直方向に面一である場合のみでなく、連続してテーパー形状などの傾斜面を構成する場合をも含む。このような構成は、例えば、同一のマスクを用いてこれらの層をエッチングする、あるいは、上方の層をマスクとして下方の層のエッチングを行うこと等によって得られる。
ソース端子部形成領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_sが形成される。コンタクトホールCH_sは、ゲート絶縁膜4’に形成された開口部4sと、層間絶縁膜11’に形成された開口部11sとを有する。コンタクトホールCH_sの側面において、開口部4sの側面と開口部11sの側面とが整合していてもよい。
ゲート端子部形成領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_gが形成される。コンタクトホールCH_gは、ゲート絶縁膜4’に形成された開口部4gと、層間絶縁膜11’に形成された開口部11gとを有する。コンタクトホールCH_gの側面において、開口部4gの側面と開口部11gの側面とが整合していてもよい。
CS端子部形成領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_cが形成される。コンタクトホールCH_cは、ゲート絶縁膜4’に形成された開口部4cと、層間絶縁膜11’に形成された開口部11cとを有する。コンタクトホールCH_cの側面において、開口部4cの側面と開口部11cの側面とが整合していてもよい。
第1トランスファー端子部形成領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_p1が形成される。コンタクトホールCH_p1は、ゲート絶縁膜4’に形成された開口部4p1と、層間絶縁膜11’に形成された開口部11p1とを有する。コンタクトホールCH_p1の側面において、開口部4p1の側面と開口部11p1の側面とが整合していてもよい。
第2トランスファー端子部形成領域においては、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_p2が形成される。コンタクトホールCH_p2は、ゲート絶縁膜4’に形成された開口部4p2と、層間絶縁膜11’に形成された開口部11p2とを有する。コンタクトホールCH_p2の側面において、開口部4p2の側面と開口部11p2の側面とが整合していてもよい。
次いで、図8(c)に示すように、層間絶縁層11上、コンタクトホールCH_s内、コンタクトホールCH_g内、コンタクトホールCH_c内、コンタクトホールCH_p1内およびコンタクトホールCH_p2内に、例えばスパッタ法により上部導電膜19’を形成する。上部導電膜19’は、例えば透明導電膜を含む。透明導電膜として、例えばITO(インジウム・錫酸化物)膜、IZO膜、ZnO膜(酸化亜鉛膜)などを用いることができる。ここでは、上部導電膜19’として、例えば厚さ70nmのITO膜を用いる。あるいは、上部導電膜19’として、Ti(厚さ:例えば50nm)およびITO(厚さ:例えば70nm)をこの順で積層した積層膜(ITO/Ti)を用いてもよい。Ti膜に代えて、MoNbNi膜、MoNb膜、MoW膜、W膜およびTa膜からなる群から選択される1つの膜または2以上の膜の積層膜を用いてもよい。すなわち、上部導電膜19’として、Ti膜、MoNbNi膜、MoNb膜、MoW膜、W膜およびTa膜からなる群から選択される1つの膜または2以上の膜の積層膜と、ITO膜とをこの順で積層した積層膜を用いてもよい。
次いで、上部導電膜19’をパターニングすることにより、図8(d)に示すように、上部導電層19を形成する。具体的には、ソース−ゲート接続部形成領域において、コンタクトホールCH_sg1内でソース下部接続配線3sgに接続され、コンタクトホールCH_sg2内でソースバスライン接続部7sgに接続される上部接続部19sgを形成する。ソース端子部形成領域においては、コンタクトホールCH_s内で下部接続部3sと接触する上部接続部19sを形成し、ゲート端子部形成領域においては、コンタクトホールCH_g内で下部接続部3sと接触する上部接続部19gを形成し、CS端子部形成領域においては、コンタクトホールCH_c内で下部接続部3cと接触する上部接続部19cを形成し、第1トランスファー端子部形成領域においては、コンタクトホールCH_p1内で下部接続部3p1と接触する上部接続部19p1を形成し、第2トランスファー端子部形成領域においては、コンタクトホールCH_p2内で下部接続部3p2と接触する上部接続部19p2を形成する。上部導電膜19’として、Ti膜およびITO膜をこの順で積層した積層膜(ITO/Ti)を形成した場合は、例えば、シュウ酸を用いてITO膜をウェットエッチングした後、塩素系ガスを用いてTi膜をドライエッチングする。
これにより、アンテナ単位領域U、ソース−ゲート接続部SG、ソース端子部ST、ゲート端子部GT、CS端子部CT、第1トランスファー端子部PT1、および第2トランスファー端子部PT2が得られる。
このようにして、参考例1のTFT基板101Rが製造される。
図8(b)に示すように、層間絶縁層11上に上部導電膜19’を形成したとき、欠陥11dに露出されているソースメタル層7の側面は、上部導電膜19’によって被覆され得る。しかしながら、図8(d)に示すように、製造された参考例1のTFT基板101Rにおいては、アンテナ単位領域Uに上部導電層19が形成されていないので、参考例1のTFT基板101Rのアンテナ単位領域Uにおいて、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2が無機層(ここでは層間絶縁層11および上部導電層19を含む。)で覆われずに露出されている箇所が生じる。
また、図8(d)に示すように、ソース−ゲート接続部SGにおいて、上部接続部19sgは、ソースバスライン接続部7sgの側面を覆わないように形成されている。これにより、ソース−ゲート接続部SGにおいても、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2が無機層(ここでは層間絶縁層11および上部導電層19を含む。)で覆われずに露出されている箇所が生じ得る。
<参考例1のTFT基板101Rの第2の製造方法>
参考例1のTFT基板101Rは、以下で説明する方法でも製造される。
図9を参照して、参考例1のTFT基板101Rの第2の製造方法を説明する。
参考例1のTFT基板101Rの第2の製造方法は、ソースコンタクト部6S、ドレインコンタクト部6D、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を形成する方法において、図6〜図8を参照して説明した第1の製造方法と異なる。第1の製造方法では、ソース用上部導電膜S2’をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング)し、その後、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングした。これに対して、第2の製造方法では、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング)し、その後、コンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングする。
図9(a)〜(c)は、参考例1のTFT基板101Rの第2の製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図のそれぞれは、図4(a)、(c)および(d)に対応する断面(参考例1のTFT基板101RのA−A’断面、C−C’断面およびD−D’断面)を示している。以下では、第1の製造方法と異なる点を主に説明する。
まず、図6(a)〜(d)に示したように、誘電体基板1上に、ゲートメタル層3、ゲート絶縁膜4’、島状の半導体層5、およびコンタクト部6a’を形成する。
次いで、図9(a)に示すように、ゲート絶縁膜4’上およびコンタクト部6a’上に、スパッタ法などによってソース用下部導電膜S1’を形成し、ソース用下部導電膜S1’上にソース用上部導電膜S2’を形成する。その後、ソース用上部導電膜S2’上に、フォトレジストを用いてレジスト層80を形成する。ソース用下部導電膜S1’およびソース用上部導電膜S2’として、例えば、第1の製造方法で例示したものを形成してもよい。あるいは、ソース用下部導電膜S1’として、Ti膜(厚さ:例えば100nm)を形成し、ソース用上部導電膜S2’として、Al膜(厚さ:例えば750nm)およびTi膜(厚さ:例えば50nm)をこの順で積層した積層膜(Ti/Al)を形成してもよい(この場合、形成されるソースメタル層7は、Ti層、Al層およびTi層がこの順で積層された積層構造(Ti/Al/Ti)を有する)。
次に、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’をウェットエッチングまたはドライエッチングによってエッチングすることによって、図9(b)に示すように、上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1を形成する。このエッチング工程において、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートはソース用上部導電膜S2’のエッチングレート以下である。従って、このエッチング工程を終えた時点では、下部ソースメタル層S1のエッジは上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入らない。図9(b)には、簡単のために、エッチング工程を終えた時点で、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジと上部ソースメタル層S2のエッジとが一致している例を示している。ただし、図示する例に限られず、エッチング工程を終えた時点で、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジの外側にあってもよい。
例えば、ソース用下部導電膜S1’としてTi膜を形成し、ソース用上部導電膜S2’としてCu膜を形成した場合は、例えば混酸水溶液を用いたウェットエッチングによって、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’のエッチングを行う。ソース用下部導電膜S1’としてTi膜を形成し、ソース用上部導電膜S2’として、Al膜およびMoN膜をこの順で積層した積層膜(MoN/Al)を形成した場合は、例えば混酸水溶液を用いたウェットエッチングによって、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’のエッチングを行う。ソース用下部導電膜S1’としてTi膜を形成し、ソース用上部導電膜S2’として、Al膜およびTi膜をこの順で積層した積層膜(Ti/Al)を形成した場合は、塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’のエッチングを行う。Al膜およびTi膜の積層膜は、ドライエッチングに限られず、公知のエッチング液を用いてウェットエッチングによってエッチングすることもできる。
なお、複数のエッチャントを用いてソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’のエッチングを行ってもよいが、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートがソース用上部導電膜S2’のエッチングレート以下という条件を満たすことが好ましい。例えば、上記の例では、Ti膜およびAl膜は同じエッチャントを用いてエッチングされるが、これに限られず、Ti膜およびAl膜を異なるエッチャントを用いてエッチングしてもよい。
次いで、レジスト層80をエッチングマスクとして、コンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングすることによって、図9(c)に示すように、互いに分離されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成する。ここでは、コンタクト部6a’のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いて行う。
このドライエッチング工程を行う前の時点において、図9(b)に示すように、レジスト層80から露出されている領域は、コンタクト部6a’を有する領域ra’と、コンタクト部6a’を有しない領域rb’とを含む。領域ra’および領域rb’はソース用下部導電膜S1’を有しない点において、第1の製造方法と異なる。ドライエッチング工程において、領域rb’においては、領域ra’に比べて、コンタクト部6a’を有しない分だけ、ソース用下部導電膜S1’のサイドエッチングおよび/またはゲート絶縁膜4’のオーバーエッチングが生じる。このドライエッチング工程で用いられるエッチャントの、下部ソースメタル層S1のエッチングレートが上部ソースメタル層S2のエッチングレートよりも高いと、ドライエッチング工程において下部ソースメタル層S1がさらにエッチングされる。従って、図9(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入り込む。すなわち、サイドエッチングによって、下部ソースメタル層S1のうち、エッチングマスクであるレジスト層80の下の部分もエッチングされる。これにより、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になる。また、例えば図9(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GEにおいて、ゲート絶縁膜4’がエッチングされる。
なお、このドライエッチング工程は、半導体層5へのプロセスダメージを抑制する観点から、半導体層5のエッチングレートが低い条件で行うことが好ましい。このような観点からエッチング条件(例えばエッチャント)を選択すると、上述したように、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になることがあった。
この後、図8(a)〜(c)を参照して説明した工程と同様の工程を行うことによって、参考例1のTFT基板101Rが製造される。図8(a)〜(c)を参照して説明したように、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状であるので、層間絶縁層11に欠陥11dが生じる。これにより、参考例1のTFT基板101Rのアンテナ単位領域Uにおいて、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2が無機層で覆われずに露出されている箇所が生じる。
<TFT基板101Aの構造(アンテナ単位領域U)>
図10(a)および図11(a)を参照しながら、本実施形態のTFT基板101Aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの構造を説明する。
図10(a)は、TFT基板101Aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図である。図11(a)は、TFT基板101Aの模式的な断面図であり、図10(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。
図10(a)および図11(a)に示すように、TFT基板101Aは、誘電体基板1と、誘電体基板1上に配列され、それぞれが、TFT10と、TFT10のドレイン電極7Dと電気的に接続されたパッチ電極15とを有する複数のアンテナ単位領域Uとを有する。TFT基板101Aは、TFT10の半導体層5と、TFT10のゲート電極3Gを含むゲートメタル層3と、ゲートメタル層3と半導体層5との間に形成されたゲート絶縁層4と、半導体層5上に形成されたソースメタル層7であって、半導体層5と電気的に接続されたソース電極7Sおよびドレイン電極7Dを含むソースメタル層7と、半導体層5とソース電極7Sとの間に形成されたソースコンタクト部6Sと、半導体層5とドレイン電極7Dとの間に形成されたドレインコンタクト部6Dとを含むコンタクト層6とを有する。ソースメタル層7は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層S1と、下部ソースメタル層S1上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有する。誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジは、少なくとも2つの無機層(ここでは層間絶縁層11および上部導電層19)で覆われている。この例では、層間絶縁層11は、アンテナ単位領域Uのほぼ全面を覆うように形成され、アンテナ単位領域Uの上部導電層19cvAは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように形成されている。
ここで、「少なくとも2つの無機層で覆われている」とは、互いに異なるエッチングマスクを用いて形成された複数の無機層で覆われていることをいうことにする。すなわち、同一のエッチングマスクを用いて形成された、積層構造を有する無機層は1つの無機層とカウントする。無機層とは、有機化合物を含まず、無機化合物(無機酸化物、無機窒化物、金属酸化物、金属窒化物、およびこれらの混合物を含む。)から形成されている層をいう。無機層は、絶縁層であってもよいし、導電層であってもよい。無機絶縁層は例えば酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層であり、無機導電層は例えばITO層、IZO層(IZOは登録商標)などの酸化物導電層(透明導電層ともいう。)を含む。
TFT基板101Aにおいては、層間絶縁層11の欠陥11dから露出された上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1は、上部導電層19で覆われている。これにより、TFT基板101Aを備える走査アンテナ1000Aにおいて、ソースメタル層7から液晶層LCに金属イオン(CuイオンまたはAlイオン)が溶け出すことを抑制することができる。走査アンテナ1000Aは、アンテナ特性の低下を抑制することができる。図13を参照してこの効果について説明する。
図13は、図11(a)の一部を拡大して示すTFT基板101Aの模式的な断面図である。本実施形態の例として、図13に各層の厚さ等を記載しているが、数値は例示であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図13に示すように、TFT基板101Aは、下部ソースメタル層S1として厚さ20nmのTi層を有し、層間絶縁層11として厚さ100nmの窒化珪素(Si)層を有し、上部導電層19は、Ti層(厚さ:50nm)およびITO層(厚さ:70nm)をこの順で積層した積層構造(ITO/Ti)を有する。下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりもΔS(ここでは50nm)内側に入っている。ゲート絶縁層4は、図7および図9を参照して説明したように、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成するためにコンタクト部6a’をドライエッチングする工程において、エッチングされている。深さ方向のエッチング量をΔD(ここでは70nm)と表す。面内方向(基板面に平行な面)においては、例えば上部ソースメタル層S2のエッジからΔSだけサイドエッチングされている。図示する例では、ゲート絶縁層4のサイドエッチ量は、下部ソースメタル層S1のサイドエッチ量ΔSと等しいが、これに限られない。ソースメタル層7の逆テーパー側面に起因して、層間絶縁層11に欠陥11dが生じている。ここでは、欠陥11dの幅W11dは20nmであり、欠陥11dの高さH11dは30nmである。上部導電層19の厚さ(120nm)は、欠陥11dの幅W11dおよび高さH11dよりも十分に大きいので、欠陥11dから露出されたソースメタル層7を覆うことができる。
既に述べたように、層間絶縁層11の欠陥11dは、層間絶縁層11の厚さが小さい場合(例えば200nm以下)に生じやすい傾向にある。層間絶縁層11の欠陥11dが発生しやすい条件は、これに限られない。例えば、下部ソースメタル層S1の厚さが大きい(例えば20nm以上)と、層間絶縁層11の欠陥11dが発生しやすい。また、下部ソースメタル層S1のサイドエッチ量ΔSが大きい(例えば20nm以上)と、層間絶縁層11の欠陥11dが発生しやすい。ゲート絶縁層4の深さ方向のエッチング量ΔDが大きい(例えば30nm以上)と、層間絶縁層11の欠陥11dが発生しやすい。
下部ソースメタル層S1およびゲート絶縁層4がサイドエッチングされることによって、層間絶縁層11を形成しても、層間絶縁層11の内側に空間(空洞)が形成され得る。この空間の大きさは、下部ソースメタル層S1およびゲート絶縁層4のサイドエッチ量ΔS、ゲート絶縁層4の深さ方向のエッチング量ΔD、下部ソースメタル層S1の厚さ等によって特徴づけられる。なお、図面では、簡単のために、層間絶縁層11の内側に形成された空間が上部導電層19で完全に埋められているように表しているが、本実施形態はこれに限られない。上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1が、無機層(上部導電層19および層間絶縁層11)から露出されていなければよい。すなわち、層間絶縁層11の欠陥11dから露出された上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1が、上部導電層19で覆われていればよく、層間絶縁層11の内側に形成された空間は、上部導電層19で完全に埋められていなくてもよい。
上述したように、上部導電層19は、例えば透明導電層(例えばITO層)を含む。上部導電層19は、例えば透明導電層のみから形成されていてもよい。上部導電層19は、透明導電層を含む第1層と、第1層の下に形成された第2層とを含む積層構造を有していることが好ましい。第2層は、例えば、Ti層、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている。ソースメタル層7の逆テーパー側面をより確実に覆うために、上部導電層19の厚さは20nm以上であることが好ましい。第2層の厚さを例えば40nm以上としてもよい。
上部導電層19は、既に述べたように、各端子部の上部接続部を含む導電層である。上部導電層19を含む少なくとも2つの無機層によって、アンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジが覆われているので、TFT基板101Aはアンテナ特性の低下を抑制することができる。すなわち、別途無機層を形成する必要がないので、TFT基板101Aは、製造工程数(例えばフォトマスク数)および製造コストの増加を抑制しつつ、アンテナ特性の低下を抑制することができる。
なお、参考例1のTFT基板101Rにおいて、層間絶縁層11の厚さを大きくすることによっても、層間絶縁層11の欠陥11dの発生を防ぐことができるようにも思われる。しかしながら、一般に、アンテナ性能の観点から、パッチ電極を覆う無機層(特に無機絶縁層)の厚さは小さいことが好ましい。例えば、層間絶縁層11の厚さが大きいと、層間絶縁層11の厚さのばらつきの幅が大きくなる。層間絶縁層11の厚さがばらつくと、液晶層の厚さもばらつく。その結果、パッチ電極とスロット電極との間の静電容量がばらつくことがある。
TFT基板101Aのアンテナ単位領域Uの構造をより詳細に説明する。
図10(a)および図11(a)に示すように、TFT基板101Aは、誘電体基板1に支持されたゲートメタル層3と、ゲートメタル層3上に形成された半導体層5と、ゲートメタル層3と半導体層5との間に形成されたゲート絶縁層4と、半導体層5上に形成されたソースメタル層7と、半導体層5とソースメタル層7との間に形成されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを含むコンタクト層6と、ソースメタル層7上に形成された層間絶縁層11と、層間絶縁層11上に形成された上部導電層19とを有する。層間絶縁層11は、TFT10を覆うように形成されている。
図10(a)および図11(a)に示すように、TFT基板101Aの各アンテナ単位領域Uが有するTFT10は、ボトムゲート構造を有するTFTである。すなわち、半導体層5は、ゲート電極3G上に位置している。また、TFT10は、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dが半導体層5の上に配置されているトップコンタクト構造を有する。
半導体層5は、ゲート絶縁層4を介してゲート電極3Gと重なるように配置されている。
ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、半導体層5のうちチャネルが形成される領域(チャネル領域)の両側に配置されている。ここでは、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dは、半導体層5の上面と接するように形成されている。半導体層5は、例えば真性アモルファスシリコン(i−a−Si)層であり、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dは、例えばn+型アモルファスシリコン(n+−a−Si)層である。半導体層5は、結晶質シリコン層(例えばポリシリコン層)であってもよい。
ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dは、それぞれ、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを介して、半導体層5と電気的に接続されている。ここでは、ソース電極7Sは、ソースコンタクト部6Sに接するように設けられ、ドレイン電極7Dは、ドレインコンタクト部6Dに接するように設けられている。
ゲート電極3Gは、ゲートバスラインGLに電気的に接続されており、ゲートバスラインGLから走査信号電圧を供給される。ソース電極7Sは、ソースバスラインSLに電気的に接続されており、ソースバスラインSLからデータ信号電圧を供給される。この例では、ゲート電極3GおよびゲートバスラインGLは同じ導電膜(ゲート用導電膜)から形成されている。ここでは、ソース電極7S、ドレイン電極7DおよびソースバスラインSLは同じ導電膜(ソース用導電膜)から形成されている。ゲート用導電膜およびソース用導電膜は、例えば金属膜である。
本明細書では、ゲート用導電膜を用いて形成された、ゲート電極3Gを含む層(レイヤー)を「ゲートメタル層3」と呼ぶことがあり、ソース用導電膜を用いて形成された、ソース電極7Sを含む層を「ソースメタル層7」と呼ぶことがある。ゲートメタル層3は、TFT10のゲート電極3Gと、ゲートバスラインGLとを含み、ソースメタル層7は、TFT10のソース電極7Sおよびドレイン電極7Dと、ソースバスラインSLとを含む。また、ある導電膜(例えばn型アモルファスシリコン膜)を用いて形成された、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを含む層をコンタクト層6ということがある。他の導電層および絶縁層についても、「層」は、同じ膜を用いて形成された部分を全て含むことがある。
ここでは、パッチ電極15は、ソースメタル層7に含まれている。パッチ電極15は、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を含む。パッチ電極15は、層間絶縁層11に覆われている。この例では、パッチ電極15は、主層としてCu層またはAl層を含む。パッチ電極15の上部ソースメタル層S2を「主層」と呼ぶことがある。
上部ソースメタル層S2は、CuまたはAlを含む層(典型的にはCu層またはAl層)と、高融点金属含有層との積層構造を有していてもよい。例えば、高融点金属含有層は、CuまたはAlを含む層の上に形成されていてもよい。「高融点金属含有層」は、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)およびニオブ(Nb)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む層である。「高融点金属含有層」は積層構造であってもよい。例えば、高融点金属含有層は、Ti、W、Mo、Ta、Nb、これらを含む合金、およびこれらの窒化物、ならびに前記金属または合金と前記窒化物との固溶体のいずれかで形成された層を指す。
走査アンテナの性能はパッチ電極15の電気抵抗と相関があり、主層の厚さは、所望の抵抗が得られるように設定される。電気抵抗の観点から、Cu層の方がAl層よりもパッチ電極15の厚さを小さくできる可能性がある。パッチ電極15が有する主層の厚さは、Al層で形成する場合は、例えば0.3μm以上に設定され、Cu層で形成する場合は、例えば0.2μm以上に設定される。
ここでは、各アンテナ単位領域Uは、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量を有している。この例では、補助容量は、ドレイン電極7Dと電気的に接続された補助容量電極7Cと、ゲート絶縁層4と、ゲート絶縁層4を介して補助容量電極7Cと対向する補助容量対向電極3Cとによって構成される。補助容量対向電極3Cはゲートメタル層3に含まれており、補助容量電極7Cはソースメタル層7に含まれている。ゲートメタル層3は、補助容量対向電極3Cに接続されたCSバスライン(補助容量線)CLをさらに含む。CSバスラインCLは、例えば、ゲートバスラインGLと略平行に延びている。この例では、補助容量対向電極3Cは、CSバスラインCLと一体的に形成されている。補助容量対向電極3Cの幅は、CSバスラインCLの幅よりも大きくてもよい。また、この例では、補助容量電極7Cは、ドレイン電極7Dから延設されている。補助容量電極7Cの幅は、ドレイン電極7Dから延設された部分のうち補助容量電極7C以外の部分の幅よりも大きくてもよい。なお、補助容量とパッチ電極15との配置関係は図示する例に限定されない。
<実施例1のTFT基板101A(非送受信領域R2)>
図10〜図12を参照して、TFT基板101Aの非送受信領域R2の構造を説明する。図10(b)および図10(c)は、TFT基板101Aの非送受信領域R2の模式的な平面図であり、図11(b)〜(e)および図12は、TFT基板101Aの非送受信領域R2の模式的な断面図である。それぞれ、図3(b)、図3(c)、図4(b)〜(e)および図5に示した参考例1のTFT基板101Rの非送受信領域R2に対応している。以下では、参考例1のTFT基板101Rの非送受信領域R2と異なる点を中心に説明する。
図10(b)は、非送受信領域R2に設けられたトランスファー端子部PT、ゲート端子部GTおよびCS端子部CTを示しており、図10(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース−ゲート接続部SGおよびソース端子部STを示している。
図11(b)は、図10(b)中のB−B’線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示しており、図11(c)は、図10(c)中のC−C’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示しており、図11(d)は、図10(c)中のD−D’線に沿ったソース端子部STの断面を示しており、図11(e)は、図10(b)中のE−E’線に沿った第2トランスファー端子部PT2の断面を示しており、図12は、図10(c)中のF−F’線に沿ったソース−ゲート接続部SGおよびソース端子部STの断面を示している。
図10(c)、図11(c)および図12に示すように、TFT基板101Aのソース−ゲート接続部SGの上部接続部19sgAの平面形状は、参考例1のTFT基板101Rと異なる。TFT基板101Aの上部接続部19sgAは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ソース−ゲート接続部SGの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように形成されている。これにより、ソース−ゲート接続部SGが非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの内側に配置されていても、上部ソースメタル層S2から液晶層LCに金属イオンが溶け出すという問題の発生を抑制することができる。ソース−ゲート接続部SGがシール領域Rsの外側に配置されている場合は、上記問題の発生を抑制する観点からは、非送受信領域R2の構造は、上部導電層19の平面形状を含めて任意であってよい。
なお、図示するTFT基板101Aの各端子部の構造は、参考例1のTFT基板101Rと同様であるので、説明を省略する。
TFT基板101Aは、参考例1のTFT基板101Rの製造方法から、上部導電膜19’のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。すなわち、上部導電層19が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように、上部導電層19を形成すればよい。
(変形例1)
図14および図15を参照しながら、本実施形態の変形例1のTFT基板101Bを説明する。TFT基板101Aと共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図14(a)は、TFT基板101Bの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、図14(b)および(c)は、TFT基板101Bの非送受信領域R2の模式的な平面図である。図15(a)は、TFT基板101Bのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図14(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。図15(b)および(c)は、TFT基板101Bの非送受信領域R2の模式的な断面図であり、それぞれ、図14(c)中のC−C’線に沿った断面および図14(c)中のF−F’線に沿った断面を示している。TFT基板101Bの他の断面については、TFT基板101Aと同じであるので、図示および説明を省略する。
図14(a)および図15(a)に示すように、TFT基板101Bのアンテナ単位領域Uの上部導電層19cvBは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を覆うように形成されている。
このような構造を有するTFT基板101Bを有する走査アンテナにおいても、TFT基板101Aを有する走査アンテナ1000Aと同様の効果を得ることができる。
また、図14(c)、図15(b)および図15(c)に示すように、TFT基板101Bのソース−ゲート接続部SGの上部接続部19sgBは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ソース−ゲート接続部SGの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を覆うように形成されている。ただし、TFT基板101Bの非送受信領域R2は、図示する例に限られず、上述のTFT基板の非送受信領域R2のいずれをも適用することができる。
TFT基板101Bは、TFT基板101Aの製造方法から、上部導電膜19’のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。すなわち、上部導電層19が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を覆うように、上部導電層19を形成すればよい。
(変形例2)
図16および図17を参照しながら、本実施形態の変形例2のTFT基板101Cを説明する。TFT基板101Aと共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図16(a)は、TFT基板101Cの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、図16(b)および(c)は、TFT基板101Cの非送受信領域R2の模式的な平面図である。図17(a)は、TFT基板101Cのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図16(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。図17(b)および(c)は、TFT基板101Cの非送受信領域R2の模式的な断面図であり、それぞれ、図16(c)中のC−C’線に沿った断面および図16(c)中のF−F’線に沿った断面を示している。TFT基板101Cの他の断面については、TFT基板101Aと同じであるので、図示および説明を省略する。
図16(a)および図17(a)に示すように、TFT基板101Cのアンテナ単位領域Uの上部導電層19cvCは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっていない部分を覆うように形成されている。つまり、TFT基板101Cの上部導電層19cvCは、TFT基板101Aの上部導電層19cvAと比べて、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっている部分を覆っていない点において異なる。TFT基板101Aにおいて、ソース電極7Sとドレイン電極7Dとの間のチャネル長方向の距離が小さい場合、ソース電極7Sのエッジおよびドレイン電極7Dのエッジを覆うように上部導電層19を形成すると、ソース電極7Sとドレイン電極7Dとの間に短絡が発生することがある、および/または、ソース・ドレイン電極間の短絡の発生を抑制するために高い精度で上部導電層19をパターニングすることが求められる。TFT基板101Cは、TFT基板101Aに比べて、ソース電極7Sとドレイン電極7Dとの間に短絡が生じることを抑制することができる。
このような構造を有するTFT基板101Cを有する走査アンテナにおいても、TFT基板101Aを有する走査アンテナ1000Aと同様の効果を得ることができる。複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうち、ソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっている部分の上部導電層19を省略しても、ソースメタル層7から金属元素(CuまたはAl)が液晶層に溶出することを抑制する観点からは影響が小さい理由は以下の通りである。
図13を参照して説明したように、層間絶縁層11の欠陥11dは、下部ソースメタル層S1の下に形成されたゲート絶縁層4のサイドエッチ量ΔSおよび/または深さ方向のエッチング量ΔDが大きいと生じやすい傾向にある。エッチング量ΔSおよびΔDは、ゲート絶縁層4が、ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成するためにコンタクト部6a’をドライエッチングする工程において、エッチングされることに起因している。しかしながら、下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうち、ソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっている部分においては、下部ソースメタル層S1の下にはコンタクト層6が形成されている。コンタクト層6は、ゲート絶縁層4に比べて、コンタクト部6a’をドライエッチングする工程においてサイドエッチングされ難い。従って、下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうち、ソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっている部分には、層間絶縁層11に欠陥が生じ難い。
このように、本発明の実施形態によるTFT基板は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、少なくとも、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっていない部分が、少なくとも2つの無機層で覆われていればよい。少なくとも2つの無機層は、誘電体基板1の法線方向から見たときに、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジの全てを覆うように形成されていてもよいし、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2の全てを覆うように形成されていてもよい。
図16(c)、図17(b)および図17(c)に示すように、TFT基板101Cのソース−ゲート接続部SGの上部接続部19sgCの平面形状は、TFT基板101Aのソース−ゲート接続部SGの上部接続部19sgAおよびTFT基板101Bのソース−ゲート接続部SGの上部接続部19sgBと異なるが、TFT基板101Cの上部接続部19sgCも、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ソース−ゲート接続部SGの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように形成されている。TFT基板101Cの非送受信領域R2は、図示する例に限られず、上述のTFT基板の非送受信領域R2のいずれをも適用することができる。
TFT基板101Cは、TFT基板101Aの製造方法から、上部導電膜19’のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。すなわち、上部導電層19が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっていない部分を覆うように、上部導電層19を形成すればよい。
(変形例3)
図18および図19を参照しながら、本実施形態の変形例3のTFT基板101Dを説明する。TFT基板101Bと共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図18(a)は、TFT基板101Dの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、図18(b)および(c)は、TFT基板101Dの非送受信領域R2の模式的な平面図である。図19は、TFT基板101Dのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図18(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。TFT基板101Dの他の断面については、TFT基板101Bと同じであるので、図示および説明を省略する。
図18(a)および図19に示すように、TFT基板101Dのアンテナ単位領域Uの上部導電層19cvDは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2のうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっていない部分を覆うように形成されている。つまり、TFT基板101Dの上部導電層19cvDは、TFT基板101Bの上部導電層19cvBと比べて、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2のうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっている部分を覆っていない点において異なる。TFT基板101Dは、TFT基板101Bに比べて、ソース電極7Sとドレイン電極7Dとの間に短絡が生じることを抑制することができる。
このような構造を有するTFT基板101Dを有する走査アンテナにおいても、TFT基板101Bを有する走査アンテナと同様の効果を得ることができる。
TFT基板101Dの非送受信領域R2は、図18(b)および(c)に示す例に限られず、上述のTFT基板の非送受信領域R2のいずれをも適用することができる。
TFT基板101Dは、TFT基板101Aの製造方法から、上部導電膜19’のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。すなわち、上部導電層19が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2のうちのソースコンタクト部6Sまたはドレインコンタクト部6Dと重なっていない部分を覆うように、上部導電層19を形成すればよい。
ここまで、パッチ電極15がソースメタル層7に含まれているTFT基板を例に説明してきたが、本発明の実施形態はこれに限られない。上述してきたように、アンテナ特性が低下するという問題は、アンテナ単位領域Uにおいてソースメタル層7の側面が逆テーパー状であると、ソースメタル層7上に形成された無機層に欠陥が生じることによって発生する。一般に、アンテナ性能の観点から、パッチ電極を覆う無機層の厚さは小さいことが好ましい。ソースメタル層7上に形成された無機層の厚さの和が小さいほど、無機層に欠陥が生じやすい(例えば不連続になりやすい)ので、ソースメタル層7が露出される可能性が高い。従って、ソースメタル層7に含まれるパッチ電極15から金属が液晶層に溶出するという問題が生じやすいので、パッチ電極15がソースメタル層7に含まれているTFT基板を本発明の実施形態として例示した。本実施形態のTFT基板は、パッチ電極15がソースメタル層7に含まれているので、製造工程数(例えばフォトマスク数)および製造コストを低減することができるというメリットを有する。
パッチ電極は、上述した例に限られず、ゲートメタル層3に含まれていてもよいし、ゲートメタル層3およびソースメタル層7のいずれとも異なる導電層に含まれていてもよい。この場合、パッチ電極を含む導電層(「パッチメタル層」と呼ぶことがある。)は、上記の例に限定されない。パッチメタル層は、例えば、低抵抗金属層と、低抵抗金属層の下に高融点金属含有層とを有する積層構造を有する。積層構造は、低抵抗金属層の上に高融点金属含有層をさらに有していてもよい。パッチメタル層の低抵抗金属層を「主層」と呼ぶことがあり、低抵抗金属層の下および上の高融点金属含有層を、それぞれ「下層」および「上層」と呼ぶことがある。「高融点金属含有層」は、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)およびニオブ(Nb)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む層である。「高融点金属含有層」は積層構造であってもよい。例えば、高融点金属含有層は、Ti、W、Mo、Ta、Nb、これらを含む合金、およびこれらの窒化物、ならびに前記金属または合金と前記窒化物との固溶体のいずれかで形成された層を指す。「低抵抗金属層」は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)および金(Au)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む層である。「低抵抗金属層」は、積層構造であってもよい。
また、半導体層5に用いる半導体膜はアモルファスシリコン膜に限定されない。例えば、半導体層5として酸化物半導体層を形成してもよい。一般に、酸化物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極との間にはソースコンタクト部およびドレインコンタクト部を設けなくてもよいことが知られているが、設けてももちろんよい。酸化物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極との間にソースコンタクト部およびドレインコンタクト部を設けることで、本発明の実施形態を適用できる。
<スロット基板201の構造>
図20(a)および図20(b)を参照しながら、スロット基板201の構造をより具体的に説明する。
図20(a)は、スロット基板201におけるアンテナ単位領域Uおよび端子部ITを模式的に示す断面図である。
スロット基板201は、表面および裏面を有する誘電体基板51と、誘電体基板51の表面に形成された第3絶縁層52と、第3絶縁層52上に形成されたスロット電極55と、スロット電極55を覆う第4絶縁層58とを備える。反射導電板65が誘電体基板51の裏面に誘電体層(空気層)54を介して対向するように配置されている。スロット電極55および反射導電板65は導波路301の壁として機能する。
送受信領域R1において、スロット電極55には複数のスロット57が形成されている。スロット57はスロット電極55を貫通する開口である。この例では、各アンテナ単位領域Uに1個のスロット57が配置されている。
第4絶縁層58は、スロット電極55上およびスロット57内に形成されている。第4絶縁層58の材料は、第3絶縁層52の材料と同じであってもよい。第4絶縁層58でスロット電極55を覆うことにより、スロット電極55と液晶層LCとが直接接触しないので、信頼性を高めることができる。スロット電極55がCu層で形成されていると、Cuが液晶層LCに溶出することがある。また、スロット電極55を薄膜堆積技術を用いてAl層で形成すると、Al層にボイドが含まれることがある。第4絶縁層58は、Al層のボイドに液晶材料が侵入するのを防止することができる。なお、Al層をアルミ箔を接着材により誘電体基板51に貼り付け、これをパターニングすることによってスロット電極55を作製すれば、ボイドの問題を回避できる。
スロット電極55は、Cu層、Al層などの主層55Mを含む。スロット電極55は、主層55Mと、それを挟むように配置された上層55Uおよび下層55Lとを含む積層構造を有していてもよい。主層55Mの厚さは、材料に応じて表皮効果を考慮して設定され、例えば2μm以上30μm以下であってもよい。主層55Mの厚さは、典型的には上層55Uおよび下層55Lの厚さよりも大きい。
図示する例では、主層55MはCu層、上層55Uおよび下層55LはTi層である。主層55Mと第3絶縁層52との間に下層55Lを配置することにより、スロット電極55と第3絶縁層52との密着性を向上できる。また、上層55Uを設けることにより、主層55M(例えばCu層)の腐食を抑制できる。
反射導電板65は、導波路301の壁を構成するので、表皮深さの3倍以上、好ましくは5倍以上の厚さを有することが好ましい。反射導電板65は、例えば、削り出しによって作製された厚さが数mmのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
非送受信領域R2には、端子部ITが設けられている。端子部ITは、スロット電極55と、スロット電極55を覆う第4絶縁層58と、上部接続部60とを備える。第4絶縁層58は、スロット電極55に達する開口部を有している。上部接続部60は、開口部内でスロット電極55に接している。本実施形態では、端子部ITは、シール領域Rs内に配置され、導電性粒子を含有するシール樹脂によって、TFT基板におけるトランスファー端子部と接続される(トランスファー部)。
・トランスファー部
図20(b)は、TFT基板101Aの第1トランスファー端子部PT1と、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。図20(b)では、先の図面と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。
トランスファー部では、端子部ITの上部接続部60は、TFT基板101Aにおける第1トランスファー端子部PT1の第1トランスファー端子用上部接続部19p1と電気的に接続される。本実施形態では、上部接続部60と上部接続部19p1とを、導電性ビーズ71を含む樹脂(シール樹脂)73(「シール部73」ということもある。)を介して接続する。
上部接続部60、19p1は、いずれも、ITO膜、IZO膜などの透明導電層であり、その表面に酸化膜が形成される場合がある。酸化膜が形成されると、透明導電層同士の電気的な接続が確保できず、コンタクト抵抗が高くなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、導電性ビーズ(例えばAuビーズ)71を含む樹脂を介して、これらの透明導電層を接着させるので、表面酸化膜が形成されていても、導電性ビーズが表面酸化膜を突き破る(貫通する)ことにより、コンタクト抵抗の増大を抑えることが可能である。導電性ビーズ71は、表面酸化膜だけでなく、透明導電層である上部接続部60、19p1をも貫通し、下部接続部3p1およびスロット電極55に直接接していてもよい。
トランスファー部は、走査アンテナ1000Aの中心部および周縁部(すなわち、走査アンテナ1000Aの法線方向から見たとき、ドーナツ状の送受信領域R1の内側および外側)の両方に配置されていてもよいし、いずれか一方のみに配置されていてもよい。トランスファー部は、液晶を封入するシール領域Rs内に配置されていてもよいし、シール領域Rsの外側(液晶層と反対側)に配置されていてもよい。
<スロット基板201の製造方法>
スロット基板201は、例えば以下の方法で製造され得る。
まず、誘電体基板上に第3絶縁層(厚さ:例えば200nm)52を形成する。誘電体基板としては、ガラス基板、樹脂基板などの、電磁波に対する透過率の高い(誘電率εMおよび誘電損失tanδMが小さい)基板を用いることができる。誘電体基板は電磁波の減衰を抑制するために薄い方が好ましい。例えば、ガラス基板の表面に後述するプロセスでスロット電極55などの構成要素を形成した後、ガラス基板を裏面側から薄板化してもよい。これにより、ガラス基板の厚さを例えば500μm以下に低減できる。
誘電体基板として樹脂基板を用いる場合、TFT等の構成要素を直接、樹脂基板上に形成してもよいし、転写法を用いて樹脂基板上に形成してもよい。転写法によると、例えば、ガラス基板上に樹脂膜(例えばポリイミド膜)を形成し、樹脂膜上に後述するプロセスで構成要素を形成した後、構成要素が形成された樹脂膜とガラス基板とを分離させる。一般に、ガラスよりも樹脂の方が誘電率εMおよび誘電損失tanδMが小さい。樹脂基板の厚さは、例えば、3μm〜300μmである。樹脂材料としては、ポリイミドの他、例えば、液晶高分子を用いることもできる。
第3絶縁層52としては、特に限定しないが、例えば酸化珪素(SiO)膜、窒化珪素(SiN)膜、酸化窒化珪素(SiO;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiN;x>y)膜等を適宜用いることができる。
次いで、第3絶縁層52の上に金属膜を形成し、これをパターニングすることによって、複数のスロット57を有するスロット電極55を得る。金属膜としては、厚さが2μm〜5μmのCu膜(またはAl膜)を用いてもよい。ここでは、Ti(厚さ:例えば20nm)およびCu(厚さ:例えば3000nm)をこの順で積層した積層膜を用いる。なお、代わりに、Ti膜、Cu膜およびTi膜をこの順で積層した積層膜を形成してもよい。
この後、スロット電極55上およびスロット57内に第4絶縁層(厚さ:例えば100nmまたは200nm)58を形成する。第4絶縁層58の材料は、第3絶縁層の材料と同じであってもよい。この後、非送受信領域R2において、第4絶縁層58に、スロット電極55に達する開口部を形成する。
次いで、第4絶縁層58上および第4絶縁層58の開口部内に透明導電膜を形成し、これをパターニングすることにより、開口部内でスロット電極55と接する上部接続部60を形成する。これにより、端子部ITを得る。
<TFT10の材料および構造>
本実施形態では、各画素に配置されるスイッチング素子として、半導体層5を活性層とするTFTが用いられる。半導体層5はアモルファスシリコン層に限定されず、ポリシリコン層、酸化物半導体層であってもよい。
酸化物半導体層を用いる場合、酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014−007399号公報に記載されている。参考のために、特開2014−007399号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、In−Ga−Zn−O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In−Ga−Zn−O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
In−Ga−Zn−O系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体が好ましい。
なお、結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014−007399号公報、特開2012−134475号公報、特開2014−209727号公報などに開示されている。参考のために、特開2012−134475号公報および特開2014−209727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In−Ga−Zn−O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a−SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a−SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、非送受信領域に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および各アンテナ単位領域に設けられるTFTとして好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn−Sn−Zn−O系半導体(例えばIn23−SnO2−ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In−Sn−Zn−O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In−Al−Zn−O系半導体、In−Al−Sn−Zn−O系半導体、Zn−O系半導体、In−Zn−O系半導体、Zn−Ti−O系半導体、Cd−Ge−O系半導体、Cd−Pb−O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg−Zn−O系半導体、In−Ga−Sn−O系半導体、In−Ga−O系半導体、Zr−In−Zn−O系半導体、Hf−In−Zn−O系半導体、Al−Ga−Zn−O系半導体、Ga−Zn−O系半導体、In−Ga−Zn−Sn−O系半導体などを含んでいてもよい。
(第2の実施形態)
先の実施形態においては、TFTはボトムゲート構造を有していた。すなわち、半導体層は、ゲート電極上に位置していた。本実施形態は、TFTがトップゲート構造を有する点において、先の実施形態と異なる。
<参考例2のTFT基板102R(アンテナ単位領域U)>
本実施形態のTFT基板102Aの詳細な構造を説明する前に、まず、参考例2のTFT基板102Rを説明する。本発明者が、参考例2のTFT基板102Rを備える走査アンテナを試作し、駆動させると、アンテナ特性が低下することがあった。なお、以下の説明において、本実施形態のTFT基板102Aと共通する構成については、重複を避けるために、説明を省略することがある。また、先の実施形態と共通する構成要素には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。図21(a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの模式的な平面図であり、図22(a)〜(e)および図23(a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの模式的な断面図である。
図21(a)および図22(a)を参照しながら、参考例2のTFT基板102Rを説明する。図21(a)は、参考例2のTFT基板102Rの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図である。図22(a)は、参考例2のTFT基板102Rのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図21(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。
図21(a)および図22(a)に示すように、参考例2のTFT基板102Rはトップゲート構造のTFT10を有する点において、図3(a)および図4(a)に示した参考例1のTFT基板101Rと異なる。ゲート電極3Gは、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dの上に位置している。すなわち、参考例2のTFT基板102Rにおいて、ゲートメタル層3は、ソースメタル層7の上に位置している。ゲート電極3Gは、ゲート絶縁層4を介して半導体層5と重なるように配置されている。参考例2のTFT基板102Rは、誘電体基板1に支持された半導体層5と、半導体層5上に形成されたソースメタル層7と、半導体層5とソースメタル層7との間に形成されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dと、ソースメタル層7上に形成されたゲートメタル層3と、ゲートメタル層3上に形成された層間絶縁層11とを有する。層間絶縁層11は、TFT10を覆うように形成されている。参考例2のTFT基板102Rは、層間絶縁層11上に形成された上部導電層19(「第1上部導電層19」ということがある。)をさらに有する。
参考例2のTFT基板102Rは、誘電体基板1と半導体層5との間に下地絶縁層20をさらに有していてもよい。下地絶縁層20は、例えば誘電体基板1の全面に形成されていてもよい。なお、下地絶縁層20は、省略され得る。
ゲート絶縁層4および層間絶縁層11には、パッチ電極15に達するコンタクトホールCH_aが形成されている。
ゲート絶縁層4は、パッチ電極15に達する開口部4aを有する。層間絶縁層11は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4aと重なる開口部11aを有する。ゲート絶縁層4に形成された開口部4aおよび層間絶縁層11に形成された開口部11aは、コンタクトホールCH_aを構成する。
上部導電層19は、コンタクトホールCH_a内でパッチ電極15に接続されるパッチ導電部19aを含む。パッチ導電部19aは、開口部4a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)を覆うように形成されている。
図22(a)に示すように、参考例2のTFT基板102Rにおいて、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。すなわち、ソースメタル層7は、逆テーパー状の側面を有する。ソースメタル層7の側面が逆テーパー状であることにより、ソースメタル層7上に形成された無機層に欠陥が生じている。ここでは、コンタクトホールCH_aで露出されたパッチ電極15を覆うように形成された上部導電層19(パッチ導電部19a)に欠陥19dが生じている。参考例2のTFT基板102Rの上部導電層19が欠陥19dを有するので、参考例2のTFT基板102Rを備える走査アンテナにおいて、ソースメタル層7(特にパッチ電極15)から金属イオン(CuイオンまたはAlイオン)が液晶層に溶け出すことにより、液晶材料が劣化し、アンテナ特性が低下する。
なお、平面図では、簡単のために、下部ソースメタル層S1のエッジと上部ソースメタル層S2のエッジとを区別していない場合がある。ソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dのエッジについても同様に、下部ソースメタル層S1のエッジおよび/または上部ソースメタル層S2のエッジと区別していない場合がある。
この例では、ソースメタル層7に含まれる電極および導電部のうち、主にパッチ電極15から金属イオンが溶け出す。パッチ電極15は、コンタクトホールCH_aによってゲート絶縁層4および層間絶縁層11から露出されており、上部導電層19(例えば透明導電層)で覆われている。これに対して、パッチ電極15以外のソースメタル層7上には、ゲート絶縁層4および層間絶縁層11が形成されている。すなわち、誘電体基板1の法線方向から見たとき、パッチ電極15以外のソースメタル層7は、2つの無機層(ゲート絶縁層4および層間絶縁層11)で覆われている。
なお、断面図では、簡単のために、ゲート絶縁層4および/または層間絶縁層11を平坦化層のように表している場合があるが、一般に、薄膜堆積法(例えばCVD法、スパッタ法、真空蒸着法)によって形成される層は、下地の段差を反映した表面を有する。
<参考例2のTFT基板102Rの構造(非送受信領域R2)>
図21〜図23を参照して、参考例2のTFT基板102Rの非送受信領域R2の構造を説明する。図21〜図23に示すように、非送受信領域R2においても、ソースメタル層7は、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有し、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。ただし、参考例2のTFT基板102Rの非送受信領域R2の構造は、図示する例に限定されない。上述したアンテナ特性が低下するという問題は、非送受信領域R2のうちのシール領域Rsの外側の構造にかかわらず生じ得る。
なお、後述する本実施形態のTFT基板102A(図28および図29参照)は、非送受信領域R2の構造において、参考例2のTFT基板102Rと基本的に同じであるので、参考例2のTFT基板102Rとあわせて説明することがある。
図21(b)および図21(c)は、参考例2のTFT基板102Rの非送受信領域R2の模式的な平面図であり、図22(b)〜(e)および図23(a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの非送受信領域R2の模式的な断面図である。
図21(b)は、非送受信領域R2に設けられたゲート端子部GT、CS端子部CT、トランスファー端子部PT、ソース−ゲート接続部SG、および、CS−ソース接続部SCを示し、図21(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース端子部STを示している。図22(b)は、図21(b)中のB−B’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示し、図22(c)は、図21(b)中のC−C’線に沿ったゲート端子部GTの断面を示し、図22(d)は、図21(c)中のD−D’線に沿ったソース端子部STの断面を示し、図22(e)は、図21(b)中のE−E’線に沿った第2トランスファー端子部PT2の断面を示し、図23(a)は、図21(b)中のF−F’線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示し、図23(b)は、図21(b)中のG−G’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示し、図23(c)は、図21(b)中のH−H’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示している。
・ソース−ゲート接続部SG
参考例2のTFT基板102Rは、非送受信領域R2にソース−ゲート接続部SGを有する。ソース−ゲート接続部SGは、各ゲートバスラインGLをソースメタル層7内に形成された接続配線(「ゲート下部接続配線」ということがある。)に電気的に接続する。ソース−ゲート接続部SGを設けることによって、ゲート端子部GTの下部接続部をソースメタル層7で形成することができる。ソースメタル層7で形成された下部接続部を有するゲート端子部GTは、信頼性に優れる。
図21(b)、図22(b)、図23(b)および図23(c)に示すように、ソース−ゲート接続部SGは、ゲートバスラインGLと、ゲート下部接続配線7sgGとを、ソースバスライン上部接続部19sgを介して電気的に接続する。
具体的には、ソース−ゲート接続部SGは、ゲート下部接続配線7sgGと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1と、ゲートバスラインGLに接続されたゲートバスライン接続部3sgGと、層間絶縁層11に形成された開口部11sg1および開口部11sg2と、上部接続部19sgとを有している。
ゲート下部接続配線7sgGは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1は、ゲート下部接続配線7sgGに達している。
ゲートバスライン接続部3sgGは、ゲートメタル層3に含まれ、ゲートバスラインGLに接続されている。この例では、ゲートバスライン接続部3sgGは、ゲートバスラインGLから延設され、ゲートバスラインGLと一体的に形成されている。ゲートバスライン接続部3sgGの幅は、ゲートバスラインGLの幅よりも大きくてもよい。
層間絶縁層11に形成された開口部11sg1は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1および層間絶縁層11に形成された開口部11sg1は、コンタクトホールCH_sg1を構成する。
層間絶縁層11に形成された開口部11sg2は、ゲートバスライン接続部3sgGに達している。層間絶縁層11に形成された開口部11sg2を、コンタクトホールCH_sg2ということがある。
上部接続部19sgは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19sgは、層間絶縁層11上、コンタクトホールCH_sg1内およびコンタクトホールCH_sg2内に形成され、コンタクトホールCH_sg1内でゲート下部接続配線7sgGと接続され、コンタクトホールCH_sg2内でゲートバスライン接続部3sgGと接続されている。すなわち、上部接続部19sgは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1内でゲート下部接続配線7sgGに接触し、層間絶縁層11に形成された開口部11sg2内でゲートバスライン接続部3sgGに接触している。
図示する例では、コンタクトホールCH_sg2は、コンタクトホールCH_sg1から離間した位置に形成されている。本実施形態はこれに限られず、コンタクトホールCH_sg1およびコンタクトホールCH_sg2は、連続していてもよい(すなわち、単一のコンタクトホールとして形成されていてもよい)。コンタクトホールCH_sg1およびコンタクトホールCH_sg2は、単一のコンタクトホールとして同じ工程で形成されてもよい。具体的には、ゲート下部接続配線7sgGおよびゲートバスライン接続部3sgGに達する単一のコンタクトホールをゲート絶縁層4および層間絶縁層11に形成し、このコンタクトホール内および層間絶縁層11上に上部接続部19sgを形成してもよい。
・ゲート端子部GT
参考例2のTFT基板102Rは、非送受信領域R2にゲート端子部GTを有する。ゲート端子部GTは、一般に、ゲートバスライン毎に設けられたソース−ゲート接続部SGに対応して設けられる。
ゲート端子部GTは、図21(b)および図22(c)に示すように、ゲート端子用下部接続部7g(単に「下部接続部7g」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4gと、層間絶縁層11に形成された開口部11gと、ゲート端子用上部接続部19g(単に「上部接続部19g」ということもある。)とを有している。
下部接続部7gは、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7gは、ソース−ゲート接続部SGに形成されているゲート下部接続配線7sgGと接続されている。この例では、下部接続部7gは、ゲート下部接続配線7sgGから延設され、ゲート下部接続配線7sgGと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4gは、下部接続部7gに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11gは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4gに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4gおよび層間絶縁層11に形成された開口部11gは、コンタクトホールCH_gを構成する。
上部接続部19gは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19gは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_g内に形成され、コンタクトホールCH_g内で、下部接続部7gと接続されている。すなわち、上部接続部19gは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4g内で、下部接続部7gに接触している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部19gの全ては、下部接続部7gと重なっていてもよい。
ゲート端子部GTは、ゲートメタル層3に含まれる導電部を含まない。
ゲート端子部GTは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7gを有するので、TFT基板101Aの各端子部と同様に、優れた信頼性を有する。
・ソース端子部ST
ソース端子部STは、図21(c)および図22(d)に示すように、ゲート端子部GTと同様の構成を有し得る。ソース端子部STは、一般に、ソースバスライン毎に設けられる。
ソース端子部STは、ソース端子用下部接続部7s(単に「下部接続部7s」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sと、層間絶縁層11に形成された開口部11sと、ソース端子用上部接続部19s(単に「上部接続部19s」ということもある。)とを有している。
下部接続部7sは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLに接続されている。この例では、下部接続部7sは、ソースバスラインSLから延設され、ソースバスラインSLと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sは、下部接続部7sに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11sは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4sおよび層間絶縁層11に形成された開口部11sは、コンタクトホールCH_sを構成する。
上部接続部19sは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19sは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_s内に形成され、コンタクトホールCH_s内で、下部接続部7sと接続されている。すなわち、上部接続部19sは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4s内で、下部接続部7sに接触している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部19sの全ては、下部接続部7sと重なっていてもよい。
ソース端子部STは、ゲートメタル層3に含まれる導電部を含まない。
ソース端子部STは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7sを有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
・CS端子部CT、CS−ソース接続部SC
参考例2のTFT基板102Rは、図21(b)に示すように、非送受信領域R2に、CS端子部CTおよびCS−ソース接続部SCを有する。CS−ソース接続部SCは、例えば、CSバスライン毎に設けられる。CS端子部CTは、例えばCSバスライン毎に設けられたCS−ソース接続部SCに対応して設けられている。CS端子部CTは、断面構造の図示を省略するが、図21(b)に示すように、ゲート端子部GTと同様の構成を有していてもよい。CS−ソース接続部SCについても断面構造の図示を省略するが、CS−ソース接続部SCは、この例ではソース−ゲート接続部SGと同様の構成を有している。
具体的には、CS−ソース接続部SCは、CS下部接続配線7scと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1と、CSバスラインCLに接続されたCSバスライン接続部3scと、層間絶縁層11に形成された開口部11sc1および開口部11sc2と、CS上部接続部19sc(単に「上部接続部19sc」ということがある。)とを有している。
CS下部接続配線7scは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1は、CS下部接続配線7scに達している。
CSバスライン接続部3scは、ゲートメタル層3に含まれ、CSバスラインCLに接続されている。この例では、CSバスライン接続部3scは、CSバスラインCLから延設され、CSバスラインCLと一体的に形成されている。CSバスライン接続部3scの幅は、CSバスラインCLの幅よりも大きくてもよい。
層間絶縁層11に形成された開口部11sc1は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1および層間絶縁層11に形成された開口部11sc1は、コンタクトホールCH_sc1を構成する。
層間絶縁層11に形成された開口部11sc2は、CSバスライン接続部3scに達している。層間絶縁層11に形成された開口部11sc2を、コンタクトホールCH_sc2ということがある。
CS上部接続部19scは、上部導電層19に含まれる。CS上部接続部19scは、層間絶縁層11上、コンタクトホールCH_sc1内およびコンタクトホールCH_sc2内に形成され、コンタクトホールCH_sc1内でCS下部接続配線7scと接続され、コンタクトホールCH_sc2内でCSバスライン接続部3scと接続されている。すなわち、CS上部接続部19scは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1内でCS下部接続配線7scに接触し、層間絶縁層11に形成された開口部11sc2内でCSバスライン接続部3scに接触している。
CS−ソース接続部SCを設けることによって、CS端子部CTの下部接続部をソースメタル層7で形成することができる。これにより、参考例2のTFT基板102RのCS端子部CTは優れた信頼性を有する。
CS端子部CTは、CS端子用下部接続部7c(単に「下部接続部7c」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4cと、層間絶縁層11に形成された開口部11cと、CS端子用上部接続部19c(単に「上部接続部19c」ということもある。)とを有している。
下部接続部7cは、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7cは、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scと接続されている。この例では、下部接続部7cは、CS下部接続配線7scから延設されている。この例では、CS下部接続配線7scから延設された部分は、後述する第1トランスファー端子部PT1の下部接続部7p1、第2トランスファー端子部PT2の下部接続部7p2、および、下部接続部7cを含んでいる。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4cは、下部接続部7cに達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11cは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4cに重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4cおよび層間絶縁層11に形成された開口部11cは、コンタクトホールCH_cを構成する。
上部接続部19cは、上部導電層19に含まれる。上部接続部19cは、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_c内に形成され、コンタクトホールCH_c内で、下部接続部7cと接続されている。すなわち、上部接続部19cは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4c内で、下部接続部7cに接触している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部19cの全ては、下部接続部7cと重なっていてもよい。
CS端子部CTは、ゲートメタル層3に含まれる導電部を含まない。
CS端子部CTは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7cを有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
図示する例では、ソース−ゲート接続部SGおよびCS−ソース接続部SCは、シール領域Rsの内側(液晶層側)に設けられている。本実施形態はこれに限られず、ソース−ゲート接続部SGおよび/またはCS−ソース接続部SCは、シール領域Rsの外側(液晶層と反対側)に設けられていてもよい。
・トランスファー端子部PT
第1トランスファー端子部PT1は、図21(b)および図23(a)に示すように、第1トランスファー端子用下部接続部7p1(単に「下部接続部7p1」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1と、層間絶縁層11に形成された開口部11p1と、第1トランスファー端子用上部接続部19p1(単に「上部接続部19p1」ということもある。)とを有している。
下部接続部7p1は、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7p1は、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。下部接続部7p1は、CSバスラインCLに電気的に接続されている。この例では、下部接続部7p1は、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1は、下部接続部7p1に達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11p1は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1および層間絶縁層11に形成された開口部11p1は、コンタクトホールCH_p1を構成する。
上部接続部19p1は、上部導電層19に含まれる。上部接続部19p1は、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_p1内に形成され、コンタクトホールCH_p1内で、下部接続部7p1と接続されている。すなわち、上部接続部19p1は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1内で、下部接続部7p1に接触している。上部接続部19p1は、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用接続部と接続される。
第1トランスファー端子部PT1は、この例では、ゲートメタル層3に含まれる導電部を有しない。
第1トランスファー端子部PT1は、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7p1を有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
この例では、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1は、下部接続部7p1の一部のみを露出するように形成されている。誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1は、下部接続部7p1の内側にある。従って、開口部4p1内の全ての領域は、誘電体基板1上に下部接続部7p1および上部接続部19p1を有する積層構造を有する。第1トランスファー端子部PT1において、下部接続部7p1を有しない領域の全ては、ゲート絶縁層4および層間絶縁層11を有する積層構造を有する。これにより、参考例2のTFT基板102Rの第1トランスファー端子部PT1は優れた信頼性を有する。優れた信頼性を有するという効果を得る観点からは、ゲート絶縁層4および/または層間絶縁層11の厚さは大きいことが好ましい。
下部接続部7p1の内、開口部4p1内にある部分は、上部接続部19p1で覆われている。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部19p1の全ては、下部接続部7p1と重なっていてもよい。
この例では、下部接続部7p1は、互いに隣接する2つのゲートバスラインGLの間に配置されている。ゲートバスラインGLを挟んで配置された2つの下部接続部7p1は、導電接続部(不図示)を介して電気的に接続されていてもよい。導電接続部は、ゲートメタル層3から形成されていてもよい。
なお、ここでは、下部接続部7p1は、1つのコンタクトホールCH_p1によって上部接続部19p1と接続されているが、1つの下部接続部7p1に対して複数のコンタクトホールが設けられていてもよい。
第2トランスファー端子部PT2は、シール領域Rsの外側(送受信領域R1と反対側)に設けられている。第2トランスファー端子部PT2は、図22(e)に示すように、図23(a)に示す第1トランスファー端子部PT1と同様の断面構造を有している。すなわち、第2トランスファー端子部PT2は、図22(e)に示すように、第2トランスファー端子用下部接続部7p2(単に「下部接続部7p2」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2と、層間絶縁層11に形成された開口部11p2と、第2トランスファー端子用上部接続部19p2(単に「上部接続部19p2」ということもある。)とを有している。
下部接続部7p2は、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7p2は、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。下部接続部7p2は、CSバスラインCLに電気的に接続されている。この例では、下部接続部7p2は、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scから延設された第1トランスファー端子用下部接続部7p1から延設され、下部接続部7p1と一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2は、下部接続部7p2に達している。
層間絶縁層11に形成された開口部11p2は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2に重なっている。ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2および層間絶縁層11に形成された開口部11p2は、コンタクトホールCH_p2を構成する。
上部接続部19p2は、上部導電層19に含まれる。上部接続部19p2は、層間絶縁層11上およびコンタクトホールCH_p2内に形成され、コンタクトホールCH_p2内で、下部接続部7p2と接続されている。すなわち、上部接続部19p2は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2内で、下部接続部7p2に接触している。
この例では、第2トランスファー端子部PT2は、ゲートメタル層3に含まれる導電部を有しない。
第2トランスファー端子部PT2は、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7p2を有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
第2トランスファー端子部PT2においても、上部接続部19p2は、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用接続部と接続されていてもよい。
<参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法>
図24〜図26を参照して、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法を説明する。
図24(a)〜(e)、図25(a)〜(d)および図26(a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図のそれぞれは、図22(a)〜(c)に対応する断面(参考例2のTFT基板102RのA−A’断面、B−B’断面およびC−C’断面)を示している。
まず、図24(a)に示すように、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、真性アモルファスシリコン膜5’およびn型アモルファスシリコン膜6’をこの順で形成する。ここでは、下地絶縁層20として、例えば厚さ200nmの窒化珪素(SixNy)膜を形成する。さらに、例えば厚さ120nmの真性アモルファスシリコン膜5’および例えば厚さ30nmのn型アモルファスシリコン膜6’を形成する。あるいは、半導体膜5’として結晶質シリコン膜(例えばポリシリコン膜)を形成してもよい。
次いで、真性アモルファスシリコン膜5’およびn型アモルファスシリコン膜6’を
パターニングすることにより、図24(b)に示すように、島状の半導体層5およびコンタクト部6a’を得る。
次いで、図24(c)に示すように、下地絶縁層20上およびコンタクト部6a’上に、スパッタ法などによってソース用下部導電膜S1’を形成し、ソース用下部導電膜S1’上にソース用上部導電膜S2’を形成する。その後、ソース用上部導電膜S2’上にフォトレジストを用いてレジスト層80を形成する。ソース用下部導電膜S1’およびソース用上部導電膜S2’としては、例えば、先の実施形態で例示したものと同様のものを形成することができる。
次いで、図24(d)に示すように、ソース用上部導電膜S2’をエッチングすることによって上部ソースメタル層S2を形成する。図24(e)に示すように、ソース用下部導電膜S1’をエッチングすることによって下部ソースメタル層S1を形成し、コンタクト部6a’をエッチングすることによってソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成する。これにより、下部ソースメタル層S1と、上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有するソースメタル層7が形成される。
具体的には、まず、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用上部導電膜S2’をウェットエッチングまたはドライエッチングによってエッチングすることによって、図24(d)に示すように上部ソースメタル層S2を形成する。このエッチング工程において、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートに対するエッチング選択比が大きいエッチャントを用いる。エッチャントとしては、例えば、先の実施形態で例示したものと同様のものを用いることができる。
次いで、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングすることによって、図24(c)に示すように、下部ソースメタル層S1と、互いに分離されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dとを形成する。ここでは、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いて行う。
このドライエッチング工程を行う前の時点において、図24(d)に示すように、レジスト層80から露出されている領域は、コンタクト部6a’を有する領域raと、コンタクト部6a’を有しない領域rbとを含む。領域raおよび領域rbのいずれもソース用下部導電膜S1’を有する。ドライエッチング工程において、領域rbにおいては、領域raに比べて、コンタクト部6a’を有しない分だけ、ソース用下部導電膜S1’および/または下地絶縁層20がオーバーエッチされる。このドライエッチング工程で用いられるエッチャントの、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートがソース用上部導電膜S2’のエッチングレートよりも高いと、図24(e)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入り込む。すなわち、サイドエッチングによって、ソース用下部導電膜S1’のうち、エッチングマスクであるレジスト層80の下の部分もエッチングされる(アンダーカット)。これにより、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になる。また、例えば図24(e)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GEにおいて、下地絶縁層20がエッチングされる。
次に、レジスト層80を除去し、その後、図25(a)に示すように、ソースメタル層7および下地絶縁層20を覆うようにゲート絶縁膜4’を形成する。この例では、ゲート絶縁膜4’は、半導体層5のチャネル領域と接するように配置される。ここでは、ゲート絶縁膜4’として、例えば厚さ350nmの窒化珪素(SixNy)膜を形成する。このとき、ソースメタル層7が逆テーパー状の側面を有するので、ゲート絶縁膜4’は、ソースメタル層7の側面を完全に覆うことができない場合がある。すなわち、ゲート絶縁膜4’には、欠陥(不図示)が形成される。なお、下地絶縁層20のうち、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GE(図24(e)参照)がエッチングされていることによって、ゲート絶縁膜4’の欠陥が大きくなり得る。
次いで、図25(b)に示すように、ゲート絶縁膜4’上にゲート用導電膜3’を形成する。ここでは、ゲート用導電膜3’として、Al膜(厚さ:例えば150nm)およびMoN膜(厚さ:例えば100nm)をこの順で積層した積層膜(MoN/Al)を形成する。
次いで、ゲート用導電膜3’をパターニングすることにより、図25(c)に示すように、ゲートメタル層3を得る。具体的には、ゲート絶縁膜4’を介して半導体層5と対向する部分を含むゲート電極3Gと、ゲート電極3Gに接続されたゲートバスラインGLと、ゲート絶縁膜4’を介して補助容量電極7Cと対向する部分を含む補助容量対向電極3Cと、補助容量対向電極3Cに接続されたCSバスラインCLと、ソース−ゲート接続部形成領域のゲートバスライン接続部3sgGと、CS−ソース接続部形成領域のCSバスライン接続部3scとを形成する。ここでは、ゲート用導電膜3’のパターニングは、ウェットエッチングによって行う。このようにして、TFT10が得られる。
ここでは、ソース−ゲート接続部形成領域において、ゲート下部接続配線7sgGの少なくとも一部は、ゲートバスライン接続部3sgGと重ならないように形成されている。CS−ソース接続部形成領域において、CS下部接続配線7scの少なくとも一部は、CSバスライン接続部3scと重ならないように形成されている。アンテナ単位形成領域において、ゲートメタル層3は、パッチ電極15と重ならないように形成されている。また、各端子部形成領域は、ゲートメタル層3に含まれる導電部を有しない。
次に、図25(d)に示すように、TFT10およびゲートメタル層3を覆うように層間絶縁膜11’を形成する。ここでは、層間絶縁膜11’として、例えば厚さ300nmの窒化珪素(Si)膜を形成する。層間絶縁膜11’を形成したとき、ゲート絶縁層4の欠陥から露出されているソースメタル層7の側面は、層間絶縁膜11’によって被覆され得る。
次いで、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’のエッチングを行うことにより、図26(a)に示すように、層間絶縁層11およびゲート絶縁層4を得る。具体的には、アンテナ単位形成領域においてパッチ電極15に達するコンタクトホールCH_aと、ゲート端子部形成領域において下部接続部7gに達するコンタクトホールCH_gと、ソース端子部形成領域において下部接続部7sに達するコンタクトホールCH_sと、CS端子部形成領域において下部接続部7cに達するコンタクトホールCH_cと、第1トランスファー端子部形成領域において下部接続部7p1に達するコンタクトホールCH_p1と、第2トランスファー端子部形成領域において下部接続部7p2に達するコンタクトホールCH_p2と、ソース−ゲート接続部形成領域においてゲート下部接続配線7sgGに達するコンタクトホールCH_sg1およびゲートバスライン接続部3sgGに達するコンタクトホールCH_sg2(開口部11sg2)と、CS−ソース接続部形成領域においてCS下部接続配線7scに達するコンタクトホールCH_sc1およびCSバスライン接続部3scに達するコンタクトホールCH_sc2(開口部11sc2)とを形成する。
アンテナ単位形成領域において、コンタクトホールCH_aは、パッチ電極15の側面を露出するように形成される。すなわち、ソースメタル層7に含まれるパッチ電極15の逆テーパー側面が露出される。
このエッチング工程では、ゲートメタル層3をエッチストップとして層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’のエッチングが行われる。例えばソース−ゲート接続部形成領域では、コンタクトホールCH_sg1形成領域においては層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされるとともに、コンタクトホールCH_sg2(開口部11sg2)形成領域においてはゲートバスライン接続部3sgGがエッチストップとして機能することにより層間絶縁膜11’のみがエッチングされる。これにより、コンタクトホールCH_sg1およびコンタクトホールCH_sg2(開口部11sg2)が得られる。コンタクトホールCH_sg1は、ゲート絶縁層4に形成され、ゲート下部接続配線7sgGに達する開口部4sg1と、層間絶縁層11に形成され、開口部4sg1に重なる開口部11sg1とを有する。ここで、ゲート下部接続配線7sgGの少なくとも一部は、ゲートバスライン接続部3sgGと重ならないように形成されているので、開口部4sg1と開口部11sg1とを有するコンタクトホールCH_sg1が形成される。コンタクトホールCH_sg1の側面において、開口部4sg1の側面と開口部11sg1の側面とが整合していてもよい。
層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’は、例えば、同一のエッチャントを用いて一括してエッチングされる。ここでは、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’をエッチングする。層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’は、異なるエッチャントを用いてエッチングされてもよい。
このように、形成されるコンタクトホールのうち、層間絶縁層11に形成された開口部とゲート絶縁層4に形成された開口部とを有するコンタクトホールにおいて、層間絶縁層11に形成された開口部の側面とゲート絶縁層4に形成された開口部の側面とは整合し得る。
CS−ソース接続部形成領域では、コンタクトホールCH_sc1形成領域においては層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされるとともに、コンタクトホールCH_sc2(開口部11sc2)形成領域においてはCSバスライン接続部3scがエッチストップとして機能することにより層間絶縁膜11’のみがエッチングされる。これにより、コンタクトホールCH_sc1およびコンタクトホールCH_sc2(開口部11sc2)が得られる。コンタクトホールCH_sc1は、ゲート絶縁層4に形成され、CS下部接続配線7scに達する開口部4sc1と、層間絶縁層11に形成され、開口部4sc1に重なる開口部11sc1とを有する。ここで、CS下部接続配線7scの少なくとも一部は、CSバスライン接続部3scと重ならないように形成されているので、開口部4sc1と開口部11sc1とを有するコンタクトホールCH_sc1が形成される。コンタクトホールCH_sc1の側面において、開口部4sc1の側面と開口部11sc1の側面とが整合していてもよい。
アンテナ単位形成領域においては、誘電体基板1の法線方向から見たとき、パッチ電極15と重ならないようにゲートメタル層3が形成されているので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_aが形成される。コンタクトホールCH_aは、ゲート絶縁層4に形成され、パッチ電極15に達する開口部4aと、層間絶縁層11に形成され、開口部4aに重なる開口部11aとを有する。コンタクトホールCH_aの側面において、開口部4aの側面と開口部11aの側面とが整合していてもよい。
各端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされる。
ゲート端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_gが形成される。コンタクトホールCH_gは、ゲート絶縁層4に形成され、下部接続部7gに達する開口部4gと、層間絶縁層11に形成され、開口部4gに重なる開口部11gとを有する。コンタクトホールCH_gの側面において、開口部4gの側面と開口部11gの側面とが整合していてもよい。
ソース端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_sが形成される。コンタクトホールCH_sは、ゲート絶縁層4に形成され、下部接続部7sに達する開口部4sと、層間絶縁層11に形成され、開口部4sに重なる開口部11sとを有する。コンタクトホールCH_sの側面において、開口部4sの側面と開口部11sの側面とが整合していてもよい。
CS端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_cが形成される。コンタクトホールCH_cは、ゲート絶縁層4に形成され、下部接続部7cに達する開口部4cと、層間絶縁層11に形成され、開口部4cに重なる開口部11cとを有する。コンタクトホールCH_cの側面において、開口部4cの側面と開口部11cの側面とが整合していてもよい。
第1トランスファー端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_p1が形成される。コンタクトホールCH_p1は、ゲート絶縁層4に形成され、下部接続部7p1に達する開口部4p1と、層間絶縁層11に形成され、開口部4p1に重なる開口部11p1とを有する。コンタクトホールCH_p1の側面において、開口部4p1の側面と開口部11p1の側面とが整合していてもよい。
第2トランスファー端子部形成領域においては、ゲートメタル層3に含まれる導電部が形成されていないので、層間絶縁膜11’およびゲート絶縁膜4’が一括してエッチングされることによってコンタクトホールCH_p2が形成される。コンタクトホールCH_p2は、ゲート絶縁層4に形成され、下部接続部7p2に達する開口部4p2と、層間絶縁層11に形成され、開口部4p2に重なる開口部11p2とを有する。コンタクトホールCH_p2の側面において、開口部4p2の側面と開口部11p2の側面とが整合していてもよい。
次いで、図26(b)に示すように、層間絶縁層11上、コンタクトホールCH_a内、コンタクトホールCH_g内、コンタクトホールCH_s内、コンタクトホールCH_c内、コンタクトホールCH_p1内、コンタクトホールCH_p2内、コンタクトホールCH_sg1内、コンタクトホールCH_sg2内、コンタクトホールCH_sc1内、およびコンタクトホールCH_sc2内に、例えばスパッタ法により上部導電膜19’(「第1上部導電膜19’」ということがある。)を形成する。上部導電膜19’としては、例えば、先の実施形態で例示したものと同様のものを形成することができる。
次いで、上部導電膜19’をパターニングすることにより、図26(c)に示すように、上部導電層19を得る。具体的には、アンテナ単位領域UにおいてコンタクトホールCH_a内でパッチ電極15を覆うパッチ導電部19aと、ゲート端子部GTにおいてコンタクトホールCH_g内で下部接続部7gと接続される上部接続部19gと、ソース端子部STにおいてコンタクトホールCH_s内で下部接続部7sと接続される上部接続部19sと、CS端子部CTにおいてコンタクトホールCH_c内で下部接続部7cと接続される上部接続部19cと、第1トランスファー端子部PT1においてコンタクトホールCH_p1内で下部接続部7p1と接続される上部接続部19p1と、第2トランスファー端子部PT2においてコンタクトホールCH_p2内で下部接続部7p2と接触する上部接続部19p2と、ソース−ゲート接続部SGにおいてコンタクトホールCH_sg1内でゲート下部接続配線7sgGと接続され、コンタクトホールCH_sg2(開口部11sg2)内でゲートバスライン接続部3sgGと接続される上部接続部19sgと、CS−ソース接続部SCにおいてコンタクトホールCH_sc1内でCS下部接続配線7scと接続され、コンタクトホールCH_sc2(開口部11sc2)内でCSバスライン接続部3scと接続されるCS上部接続部19scとを形成する。
パッチ電極15の側面が逆テーパー状を有するので、パッチ導電部19aは、パッチ電極15の側面を完全に覆うことができない場合がある。すなわち、上部導電層19(パッチ導電部19a)には、欠陥19dが生じる。このようにして、参考例2のTFT基板102Rのアンテナ単位領域Uにおいて、ソースメタル層7が無機層で覆われずに露出されている箇所が生じる。
これにより、アンテナ単位領域U、ゲート端子部GT、ソース端子部ST、CS端子部CT、第1トランスファー端子部PT1、第2トランスファー端子部PT2、ソース−ゲート接続部SG、および、CS−ソース接続部SCが得られる。
このようにして、参考例2のTFT基板102Rが製造される。
<参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法>
参考例2のTFT基板102Rは、以下で説明する方法でも製造される。
図27を参照して、参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法を説明する。
参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法は、ソースコンタクト部6S、ドレインコンタクト部6D、下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を形成する方法において、図24〜図26を参照して説明した第1の製造方法と異なる。第1の製造方法では、ソース用上部導電膜S2’をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング)し、その後、ソース用下部導電膜S1’およびコンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングした。これに対して、第2の製造方法では、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング)し、その後、コンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングする。
図27(a)〜(c)は、参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図のそれぞれは、図22(a)〜(c)に対応する断面(参考例2のTFT基板102RのA−A’断面、B−B’断面およびC−C’断面)を示している。以下では、第1の製造方法と異なる点を主に説明する。
まず、図24(a)および(b)に示したように、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、島状の半導体層5、およびコンタクト部6a’を形成する。
次いで、図27(a)に示すように、下地絶縁層20上およびコンタクト部6a’上に、スパッタ法などによってソース用下部導電膜S1’を形成し、ソース用下部導電膜S1’上にソース用上部導電膜S2’を形成する。その後、ソース用上部導電膜S2’上に、フォトレジストを用いてレジスト層80を形成する。
次に、レジスト層80をエッチングマスクとして、ソース用上部導電膜S2’およびソース用下部導電膜S1’をウェットエッチングまたはドライエッチングによってエッチングすることによって、図27(b)に示すように、上部ソースメタル層S2および下部ソースメタル層S1を形成する。このエッチング工程において、ソース用下部導電膜S1’のエッチングレートはソース用上部導電膜S2’のエッチングレート以下である。従って、このエッチング工程を終えた時点では、下部ソースメタル層S1のエッジは上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入らない。
次いで、レジスト層80をエッチングマスクとして、コンタクト部6a’をドライエッチングによってエッチングすることによって、図27(c)に示すように、互いに分離されたソースコンタクト部6Sおよびドレインコンタクト部6Dを形成する。ここでは、コンタクト部6a’のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いて行う。
このドライエッチング工程を行う前の時点において、図27(b)に示すように、レジスト層80から露出されている領域は、コンタクト部6a’を有する領域ra’と、コンタクト部6a’を有しない領域rb’とを含む。領域ra’および領域rb’はソース用下部導電膜S1’を有しない点において、第1の製造方法と異なる。ドライエッチング工程において、領域rb’においては、領域ra’に比べて、コンタクト部6a’を有しない分だけ、ソース用下部導電膜S1’のサイドエッチングおよび/または下地絶縁層20のオーバーエッチングが生じる。このドライエッチング工程で用いられるエッチャントの、下部ソースメタル層S1のエッチングレートが上部ソースメタル層S2のエッチングレートよりも高いと、ドライエッチング工程において下部ソースメタル層S1がさらにエッチングされる。従って、図27(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジが上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側に入り込む。すなわち、サイドエッチングによって、下部ソースメタル層S1のうち、エッチングマスクであるレジスト層80の下の部分もエッチングされる。これにより、ソースメタル層7の側面が逆テーパー状になる。また、例えば図27(c)に示すように、下部ソースメタル層S1のエッジに沿った領域GEにおいて、下地絶縁層20がエッチングされる。
この後、図25(a)〜(d)および図26(a)〜(c)を参照して説明した工程と同様の工程を行うことによって、参考例2のTFT基板102Rが製造される。図26(d)を参照して説明したように、ソースメタル層7に含まれるパッチ電極15の側面が逆テーパー状であるので、上部導電層19(パッチ導電部19a)に欠陥19dが生じる。これにより、参考例2のTFT基板102Rのアンテナ単位領域Uにおいて、ソースメタル層7が無機層で覆われずに露出されている箇所が生じる。
<TFT基板102A>
図28(a)および図29を参照しながら、本実施形態の走査アンテナが備えるTFT基板102Aのアンテナ単位領域Uの構造を説明する。
図28(a)は、TFT基板102Aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図である。図29は、TFT基板102Aの模式的な断面図であり、図28(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。
図28(a)および図29に示すように、TFT基板102Aはトップゲート構造のTFT10を有する点において、TFT基板101Aと異なる。ゲート電極3Gは、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dの上に位置している。すなわち、ゲートメタル層3は、ソースメタル層7の上に位置している。また、TFT基板102Aは、第1上部導電層19の上に形成された第2上部導電層をさらに有する点において、参考例2のTFT基板102Rと異なる。
図28(a)および図29に示すように、TFT基板102Aは、誘電体基板1と、誘電体基板1上に配列され、それぞれが、TFT10と、TFT10のドレイン電極7Dと電気的に接続されたパッチ電極15とを有する複数のアンテナ単位領域Uとを有する。TFT基板102Aは、TFT10の半導体層5と、TFT10のゲート電極3Gを含むゲートメタル層3と、ゲートメタル層3と半導体層5との間に形成されたゲート絶縁層4と、半導体層5上に形成されたソースメタル層7であって、半導体層5と電気的に接続されたソース電極7Sおよびドレイン電極7Dを含むソースメタル層7と、半導体層5とソース電極7Sとの間に形成されたソースコンタクト部6Sと、半導体層5とドレイン電極7Dとの間に形成されたドレインコンタクト部6Dとを含むコンタクト層6とを有する。TFT基板102Aは、TFT10を覆う層間絶縁層11と、層間絶縁層11上に形成された第1上部導電層19と、第1上部導電層19上に形成された第2上部導電層21とをさらに有する。ソースメタル層7は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層S1と、下部ソースメタル層S1上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層S2とを含む積層構造を有する。誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部ソースメタル層S1のエッジは、上部ソースメタル層S2のエッジよりも内側にある。誘電体基板1の法線方向から見たとき、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジは、少なくとも2つの無機層で覆われている。少なくとも2つの無機層は、ゲート絶縁層4、層間絶縁層11、第1上部導電層19および第2上部導電層21のいずれかを含む。
これにより、TFT基板102Aを備える走査アンテナにおいて、ソースメタル層7から液晶層LCに金属イオン(CuイオンまたはAlイオン)が溶け出すことを抑制することができる。TFT基板102Aを備える走査アンテナは、アンテナ特性の低下を抑制することができる。
この例では、ソースメタル層7はパッチ電極15を含み、ゲート絶縁層4および層間絶縁層11には、パッチ電極15に達するコンタクトホールCH_aが形成されている。ゲート絶縁層4および層間絶縁層11は、コンタクトホールCH_aを除いてアンテナ単位領域Uのほぼ全面を覆うように形成されている。アンテナ単位領域Uの第1上部導電層19(パッチ導電部19a)は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出された下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2(パッチ電極15を含む)を覆うように形成されている。アンテナ単位領域Uの第2上部導電層21cvAは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)の下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように形成されている。従って、複数のアンテナ単位領域Uの下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジのうち、コンタクトホールCH_a内で露出された下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、第1上部導電層19および第2上部導電層21で覆われており、それ以外の下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、少なくともゲート絶縁層4および層間絶縁層11で覆われている。
本実施形態においては、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dはゲート絶縁層4および層間絶縁層11(すなわち2つの無機層)で覆われているので、さらに導電層を形成する必要がない。従って、ソース電極7Sとドレイン電極7Dとの間の短絡の発生の可能性を考慮しなくてよい。
第1上部導電層19および第2上部導電層21の形状は、図示する例に限られない。第1上部導電層19および/または第2上部導電層21は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたパッチ電極15を覆うように形成されていることが好ましい。第1上部導電層19および/または第2上部導電層21は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ソースメタル層7のうち、コンタクトホールCH_a内で露出された部分を覆うように形成されていることが好ましい。
第1上部導電層19および第2上部導電層21は、それぞれ、例えば透明導電層(例えばITO層)を含む。第1上部導電層19および第2上部導電層21は、それぞれ独立に、例えば透明導電層のみから形成されていてもよいし、透明導電層を含む第1層と、第1層の下に形成された第2層とを含む積層構造を有していてもよい。第2層は、例えば、Ti層、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている。ソースメタル層7の逆テーパー側面をより確実に覆うために、第1上部導電層19および第2上部導電層21の厚さの和は40nm以上であることが好ましい。
図28(b)および(c)は、TFT基板102Aの非送受信領域R2の模式的な平面図である。図28(b)および(c)に示すTFT基板102Aの非送受信領域R2の構造は、参考例2のTFT基板102Rと同じであるので、説明を省略する。TFT基板102Aの非送受信領域R2は、図28(b)および(c)に示す例に限られず、任意であってよい。
<TFT基板102Aの製造方法>
図30を参照して、TFT基板102Aの製造方法を説明する。
図30(a)および(b)は、TFT基板102Aの製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図のそれぞれは、TFT基板102AのA−A’断面(図29に対応する断面)、B−B’断面およびC−C’断面を示している。以下では、図24〜図26を参照して説明した参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法と異なる点を主に説明する。
まず、図24(a)〜(e)、図25(a)〜(d)および図26(a)〜(c)を参照して説明したように、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、島状の半導体層5、コンタクト層6、ソースメタル層7、ゲート絶縁層4、ゲートメタル層3、層間絶縁層11および第1上部導電層19を形成する。
次いで、図30(a)に示すように、第1上部導電層19上、層間絶縁層11上、およびコンタクトホールCH_a内に例えばスパッタ法により第2上部導電膜21’を形成する。第2上部導電膜21’は、例えば透明導電膜を含む。第2上部導電膜21’としては、例えば、第1上部導電膜19’と同様のものを形成することができる。ここでは、第2上部導電膜21’として、Ti(厚さ:例えば50nm)およびITO(厚さ:例えば70nm)をこの順で積層した積層膜(ITO/Ti)を用いる。
次いで、第2上部導電膜21’をパターニングすることにより、図30(b)に示すように、第2上部導電層21(21cvA)を得る。第2上部導電層21(21cvA)は、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)の下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように形成されている。第2上部導電膜21’のパターニングは、例えば第1上部導電膜19’と同様のエッチャントを用いて行うことができる。
これにより、アンテナ単位領域U、ゲート端子部GT、ソース端子部ST、CS端子部CT、第1トランスファー端子部PT1、第2トランスファー端子部PT2、ソース−ゲート接続部SG、および、CS−ソース接続部SCが得られる。
このようにして、TFT基板102Aが製造される。
ここでは、参考例2のTFT基板102Rの第1の製造方法と異なる点を主に説明したが、図27を参照して説明した参考例2のTFT基板102Rの第2の製造方法を適用して、本実施形態のTFT基板102Aを製造してもよい。
(変形例)
図31〜図33を参照しながら、本実施形態の変形例のTFT基板102Bを説明する。TFT基板102Aと共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図31(a)は、TFT基板102Bの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、図31(b)および(c)は、TFT基板102Bの非送受信領域R2の模式的な平面図である。図32(a)は、TFT基板102Bのアンテナ単位領域Uの模式的な断面図であり、図31(a)中のA−A’線に沿った断面を示している。図32(b)は、図31(b)中のB−B’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示し、図32(c)は、図31(b)中のC−C’線に沿ったゲート端子部GTの断面を示し、図32(d)は、図31(c)中のD−D’線に沿ったソース端子部STの断面を示し、図32(e)は、図31(b)中のE−E’線に沿った第2トランスファー端子部PT2の断面を示し、図33(a)は、図31(b)中のF−F’線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示し、図33(b)は、図31(b)中のG−G’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示し、図33(c)は、図31(b)中のH−H’線に沿ったソース−ゲート接続部SGの断面を示している。
図31(a)および図32(a)に示すように、TFT基板102Bのアンテナ単位領域Uの第2上部導電層21cvBは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)の下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を覆うように形成されている。
このような構造を有するTFT基板102Bを有する走査アンテナにおいても、TFT基板102Aを有する走査アンテナと同様の効果を得ることができる。
また、以下で説明するように、TFT基板102Bの各端子部、ソース−ゲート接続部SGおよびCS−ソース接続部SCは、第1上部導電層19に含まれる上部接続部の上に形成された、第2上部導電層21に含まれる上部接続部をさらに有する。各端子部が第2上部導電層21に含まれる上部接続部をさらに有すると、下部接続部に腐食が生じることを効果的に抑制することができる。第2上部導電層21が、TFT基板102Bの各端子部の第1上部導電層19に含まれる上部接続部を覆うように形成されていると、下部接続部の腐食を抑制する観点からはさらに効果的である。
ただし、TFT基板102Bの非送受信領域R2は、図示する例に限られず、例えばTFT基板102Aと同じであってもよいし、TFT基板102Aと適宜組み合わせてもよいし、任意であってよい。TFT基板102Aの各端子部、ソース−ゲート接続部SGおよびCS−ソース接続部SCの上部接続部は、第1上部導電層19に含まれるが、これに代えて第2上部導電層21に含まれる上部接続部を有していてもよい。
・ソース−ゲート接続部SG
図31(b)、図32(b)、図33(b)および図33(c)に示すように、TFT基板102Bのソース−ゲート接続部SGは、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21sgをさらに有する点において、TFT基板102Aのソース−ゲート接続部SGと異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21sgは、上部接続部19sgを覆うように形成されていてもよい。
・ゲート端子部GT
図31(b)および図32(c)に示すように、TFT基板102Bのゲート端子部GTは、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21gをさらに有する点において、TFT基板102Aのゲート端子部GTと異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21gは、上部接続部19gを覆うように形成されていてもよい。
・ソース端子部ST
図31(c)および図32(d)に示すように、TFT基板102Bのソース端子部STは、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21sをさらに有する点において、TFT基板102Aのソース端子部STと異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21sは、上部接続部19sを覆うように形成されていてもよい。
・CS端子部CT、CS−ソース接続部SC
図31(b)に示すように、TFT基板102BのCS端子部CTは、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21cをさらに有する点において、TFT基板102AのCS端子部CTと異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21cは、上部接続部19cを覆うように形成されていてもよい。
また、図31(b)に示すように、TFT基板102BのCS−ソース接続部SCは、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21scをさらに有する点において、TFT基板102AのCS−ソース接続部SCと異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21scは、上部接続部19scを覆うように形成されていてもよい。
・トランスファー端子部PT
図31(b)および図33(a)に示すように、TFT基板102Bの第1トランスファー端子部PT1は、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21p1をさらに有する点において、TFT基板102Aの第1トランスファー端子部PT1と異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21p1は、上部接続部19p1を覆うように形成されていてもよい。この場合、上部接続部21p1が、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用接続部と接続される。
図32(e)に示すように、TFT基板102Bの第2トランスファー端子部PT2は、第2上部導電層21に含まれる上部接続部21p2をさらに有する点において、TFT基板102Aの第2トランスファー端子部PT2と異なる。誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部21p2は、上部接続部19p2を覆うように形成されていてもよい。
TFT基板102Bは、TFT基板102Aの製造方法から、第1上部導電膜19’および第2上部導電膜21’のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。すなわち、第1上部導電層19が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)の下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2を覆うように、第1上部導電層19を形成すればよく、第2上部導電層21が、誘電体基板1の法線方向から見たとき、コンタクトホールCH_a内で露出されたソースメタル層7(パッチ電極15を含む)の下部ソースメタル層S1のエッジおよび上部ソースメタル層S2のエッジを覆うように、第2上部導電層21を形成すればよい。また、第2上部導電層21が、非送受信領域R2の各端子部およびソース−ゲート接続部SGの、第1上部導電層19に含まれる上部接続部を覆うように、第2上部導電層21を形成すればよい。
本実施形態のTFT基板の製造方法は、上述した例に限られない。例えば、第1上部導電層19および/または第2上部導電層21が、コンタクトホールCH_a内で露出された下部ソースメタル層S1および上部ソースメタル層S2(パッチ電極15を含む)を覆うように、第1上部導電層19および第2上部導電層21を形成することが好ましい。
(アンテナ単位の配列、ゲートバスライン、ソースバスラインの接続の例)
本発明の実施形態による走査アンテナにおいて、アンテナ単位は例えば、同心円状に配列される。
例えば、m個の同心円に配列されている場合、ゲートバスラインは例えば、各円に対して1本ずつ設けられ、合計m本のゲートバスラインが設けられる。送受信領域R1の外径を、例えば800mmとすると、mは例えば、200である。最も内側のゲートバスラインを1番目とすると、1番目のゲートバスラインには、n個(例えば30個)のアンテナ単位が接続され、m番目のゲートバスラインにはnx個(例えば620個)のアンテナ単位が接続されている。
このような配列では、各ゲートバスラインに接続されているアンテナ単位の数が異なる。また、最も外側の円を構成するnx個のアンテナ単位に接続されているnx本のソースバスラインのうち、最も内側の円を構成するアンテナ単位にも接続されているn本のソースバスラインには、m個のアンテナ単位が接続されているが、その他のソースバスラインに接続されているアンテナ単位の数はmよりも小さい。
このように、走査アンテナにおけるアンテナ単位の配列は、LCDパネルにおける画素(ドット)の配列とは異なり、ゲートバスラインおよび/またはソースバスラインによって、接続されているアンテナ単位の数が異なる。したがって、全てのアンテナ単位の容量(液晶容量+補助容量)を同じにすると、ゲートバスラインおよび/またはソースバスラインによって、接続されている電気的な負荷が異なることになる。そうすると、アンテナ単位への電圧の書き込みにばらつきが生じるという問題がある。
そこで、これを防止するために、例えば、補助容量の容量値を調整することによって、あるいは、ゲートバスラインおよび/またはソssースバスラインに接続するアンテナ単位の数を調整することによって、各ゲートバスラインおよび各ソースバスラインに接続されている電気的な負荷を略同一にすることが好ましい。
本発明の実施形態による走査アンテナは、必要に応じて、例えばプラスチック製の筺体に収容される。筺体にはマイクロ波の送受信に影響を与えない誘電率εMが小さい材料を用いることが好ましい。また、筺体の送受信領域R1に対応する部分には貫通孔を設けてもよい。さらに、液晶材料が光に曝されないように、遮光構造を設けてもよい。遮光構造は、例えば、TFT基板101Aの誘電体基板1および/またはスロット基板201の誘電体基板51の側面から誘電体基板1および/または51内を伝播し、液晶層に入射する光を遮光するように設ける。誘電異方性ΔεMが大きな液晶材料は、光劣化しやすいものがあり、紫外線だけでなく、可視光の中でも短波長の青色光も遮光することが好ましい。遮光構造は、例えば、黒色の粘着テープなどの遮光性のテープを用いることによって、必要な個所に容易に形成できる。
本発明による実施形態は、例えば、移動体(例えば、船舶、航空機、自動車)に搭載される衛星通信や衛星放送用の走査アンテナおよびその製造に用いられる。
1 :誘電体基板
3 :ゲートメタル層
3C :補助容量対向電極
3G :ゲート電極
3c、3g、3p1、3p2、3s :下部接続部
3sc :CSバスライン接続部
3sg :ソース下部接続配線
3sgG:ゲートバスライン接続部
4 :ゲート絶縁層
4a、4c、4g、4p1、4p2、4s:開口部
4sc1、4sg1:開口部
5 :半導体層
6D :ドレインコンタクト部
6S :ソースコンタクト部
7 :ソースメタル層
7C :補助容量電極
7D :ドレイン電極
7S :ソース電極
7c、7g、7p1、7p2、7s:下部接続部
7sc :CS下部接続配線
7sg :ソースバスライン接続部
7sgG:ゲート下部接続配線
11 :層間絶縁層
11d :欠陥
11a、11c、11g、11p1、11p2:開口部
11s、11sc1、11sc2、11sg1、11sg2:開口部
15 :パッチ電極
19 :上部導電層(第1上部導電層)
19cvA、19cvB、19cvC、19cvD:上部導電層
19a :パッチ導電部
19c、19g、19p1、19p2、19s:上部接続部
19sc、19sg、19sgA、19sgB、19sgC:上部接続部
20 :下地絶縁層
21 :第2上部導電層
21cvA、21cvB:上部導電層
21c、21g、21p1、21p2、21s、21sc、21sg:上部接続部
51 :誘電体基板
52 :第3絶縁層
54 :誘電層(空気層)
55 :スロット電極
55L :下層
55M :主層
55U :上層
57 :スロット
58 :第4絶縁層
60 :上部接続部
65 :反射導電板
70 :給電装置
71 :導電性ビーズ
72 :給電ピン
73 :シール部
80 :レジスト層
101A、101B、101C、101D、102A、102B :TFT基板
101R、102R :TFT基板
201 :スロット基板
301 :導波路
1000A :走査アンテナ
CH_a、CH_c、CH_g:コンタクトホール
CH_p1、CH_p2、CH_s、CH_sc1、CH_sc2:コンタクトホール
CH_sg1、CH_sg2:コンタクトホール
CL :CSバスライン
CT :CS端子部
GD :ゲートドライバ
GL :ゲートバスライン
GT :ゲート端子部
IT :端子部
LC :液晶層
PT :トランスファー端子部
PT1 :第1トランスファー端子部
PT2 :第2トランスファー端子部
R1 :送受信領域
R2 :非送受信領域
R2a :第1非送受信領域
R2b :第2非送受信領域
Rs :シール領域
S1 :下部ソースメタル層
S2 :上部ソースメタル層
SC :CS−ソース接続部
SD :ソースドライバ
SG :ソース−ゲート接続部
SL :ソースバスライン
ST :ソース端子部
U :アンテナ単位、アンテナ単位領域

Claims (23)

  1. 誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極と電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有するTFT基板であって、
    前記TFTの半導体層と、
    前記TFTのゲート電極を含むゲートメタル層と、
    前記ゲートメタル層と前記半導体層との間に形成されたゲート絶縁層と、
    前記半導体層上に形成されたソースメタル層であって、前記半導体層と電気的に接続されたソース電極および前記ドレイン電極を含むソースメタル層と、
    前記半導体層と前記ソース電極との間に形成されたソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極との間に形成されたドレインコンタクト部とを含むコンタクト層と
    を有し、
    前記ソースメタル層は、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む積層構造を有し、
    前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記下部ソースメタル層のエッジは、前記上部ソースメタル層のエッジよりも内側にあり、
    前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分は、少なくとも2つの無機層で覆われている、TFT基板。
  2. 前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジは、前記少なくとも2つの無機層で覆われている、請求項1に記載のTFT基板。
  3. 前記半導体層は、前記ゲート電極上に位置しており、
    前記TFT基板は、前記TFTを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された上部導電層とをさらに有し、
    前記少なくとも2つの無機層は、前記層間絶縁層と、前記上部導電層とを含む、請求項1または2に記載のTFT基板。
  4. 前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含む、請求項3に記載のTFT基板。
  5. 前記上部導電層は、透明導電層を含む、請求項3または4に記載のTFT基板。
  6. 前記上部導電層は、透明導電層を含む第1層と、前記第1層の下に形成され、Ti層、MoNb層、MoNbNi層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される少なくとも1つの層から形成されている第2層とを含む、請求項3から5のいずれかに記載のTFT基板。
  7. 前記複数のアンテナ単位領域以外の領域に配置された端子部をさらに有し、
    前記端子部は、
    前記ゲートメタル層に含まれる下部接続部と、
    前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層に形成された、前記下部接続部に達するコンタクトホールと、
    前記上部導電層に含まれ、前記コンタクトホール内で前記下部接続部と接続された上部接続部と
    を有する、請求項3から6のいずれかに記載のTFT基板。
  8. 前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分を覆うように形成されている、請求項3から7のいずれかに記載のTFT基板。
  9. 前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように形成されている、請求項3から8のいずれかに記載のTFT基板。
  10. 前記上部導電層は、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層および前記上部ソースメタル層を覆うように形成されている、請求項3から9のいずれかに記載のTFT基板。
  11. 前記ゲート電極は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に位置しており、
    前記TFT基板は、前記TFTを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された第1上部導電層と、前記第1上部導電層上に形成された第2上部導電層とをさらに有し、
    前記少なくとも2つの無機層は、前記ゲート絶縁層、前記層間絶縁層、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層のいずれかを含む、請求項1または2に記載のTFT基板。
  12. 前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含む、請求項11に記載のTFT基板。
  13. 前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記パッチ電極の前記上部ソースメタル層のエッジは、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層で覆われている、請求項12に記載のTFT基板。
  14. 前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層には、前記パッチ電極に達する第1コンタクトホールが形成されており、
    前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層は、前記第1コンタクトホール内で露出された前記パッチ電極を覆う、請求項12または13に記載のTFT基板。
  15. 前記第1上部導電層および前記第2上部導電層は、それぞれ透明導電層を含む、請求項11から14のいずれかに記載のTFT基板。
  16. 前記第2上部導電層は、透明導電層を含む第1層と、前記第1層の下に形成され、Ti層、MoNb層、MoNbNi層、MoW層、W層およびTa層からなる群から選択される少なくとも1つの層から形成されている第2層とを含む、請求項11から15のいずれかに記載のTFT基板。
  17. 前記複数のアンテナ単位領域以外の領域に配置された端子部をさらに有し、
    前記端子部は、
    前記ソースメタル層に含まれる下部接続部と、
    前記ゲート絶縁層および前記層間絶縁層に形成された、前記下部接続部に達する第2コンタクトホールと、
    前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層に含まれ、前記第2コンタクトホール内で前記下部接続部と接続された上部接続部と
    を有する、請求項11から16のいずれかに記載のTFT基板。
  18. 請求項1から17のいずれかに記載のTFT基板と、
    前記TFT基板と対向するように配置されたスロット基板と、
    前記TFT基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、
    前記スロット基板の前記液晶層と反対側の表面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板と
    を備え、
    前記スロット基板は、他の誘電体基板と、前記他の誘電体基板の前記液晶層側の表面に形成されたスロット電極とを有し、
    前記スロット電極は複数のスロットを有し、前記複数のスロットのそれぞれは、前記TFT基板の前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれにおける前記パッチ電極に対応して配置されている、走査アンテナ。
  19. 誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有し、
    前記TFTのソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む、TFT基板の製造方法であって、
    前記誘電体基板上に、前記TFTのゲート電極を形成する工程(a)と、
    前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して前記ゲート電極と重なる前記TFTの半導体層と、前記半導体層の上面に接するコンタクト部とを形成する工程(b)と、
    前記コンタクト部上に、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部導電膜を形成する工程(c)と、
    前記下部導電膜上に、CuまたはAlを含む上部導電膜を形成する工程(d)と、
    前記上部導電膜上に、レジスト層を形成する工程(e)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして前記上部導電膜をエッチングすることによって、前記上部ソースメタル層を形成する工程(f)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして前記下部導電膜をエッチングすることによって、前記下部ソースメタル層を形成する工程(g)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして、ドライエッチングによって前記コンタクト部をエッチングすることによって、前記半導体層と前記ソース電極とを接続するソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極とを接続するドレインコンタクト部とを形成する工程(h)と、
    前記TFTを覆う層間絶縁層を形成する工程(i)と、
    前記層間絶縁層上に導電膜を形成する工程(j)と、
    前記導電膜をパターニングすることによって、前記層間絶縁層上に上部導電層を形成する工程(k)と
    を包含し、
    前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、少なくとも、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジのうちの前記ソースコンタクト部または前記ドレインコンタクト部と重なっていない部分を覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する、TFT基板の製造方法。
  20. 前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する、請求項19に記載のTFT基板の製造方法。
  21. 前記工程(k)は、前記上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数のアンテナ単位領域の前記下部ソースメタル層および前記上部ソースメタル層を覆うように、前記上部導電層を形成する工程を包含する、請求項19または20に記載のTFT基板の製造方法。
  22. 誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列され、それぞれが、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有する複数のアンテナ単位領域とを有し、
    前記TFTのソース電極、前記ドレイン電極および前記パッチ電極は、それぞれ、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部ソースメタル層と、前記下部ソースメタル層上に形成され、CuまたはAlを含む上部ソースメタル層とを含む、TFT基板の製造方法であって、
    前記誘電体基板上に、前記TFTの半導体層と、前記半導体層の上面に接するコンタクト部とを形成する工程(A)と、
    前記コンタクト部上に、Ti、TaおよびWからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む下部導電膜を形成する工程(B)と、
    前記下部導電膜上に、CuまたはAlを含む上部導電膜を形成する工程(C)と、
    前記上部導電膜上に、レジスト層を形成する工程(D)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして前記上部導電膜をエッチングすることによって、前記上部ソースメタル層を形成する工程(E)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして前記下部導電膜をエッチングすることによって、前記下部ソースメタル層を形成する工程(F)と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして、ドライエッチングによって前記コンタクト部をエッチングすることによって、前記半導体層と前記ソース電極とを接続するソースコンタクト部と、前記半導体層と前記ドレイン電極とを接続するドレインコンタクト部とを形成する工程(G)と、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極の上に、ゲート絶縁膜を形成する工程(H)と、
    前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層と重なる前記TFTのゲート電極を形成する工程(I)と、
    前記ゲート電極上に、前記TFTを覆う層間絶縁膜を形成する工程(J)と、
    前記ゲート絶縁膜および前記層間絶縁膜に前記パッチ電極に達するコンタクトホールを形成することによって、ゲート絶縁層および層間絶縁層を形成する工程(K)と、
    前記層間絶縁層上に第1上部導電膜を形成する工程(L)と、
    前記第1上部導電膜をパターニングすることによって、前記層間絶縁層上に第1上部導電層を形成する工程(M)と、
    前記第1上部導電層上に第2上部導電膜を形成する工程(N)と、
    前記第2上部導電膜をパターニングすることによって、前記第1上部導電層上に第2上部導電層を形成する工程(O)と
    を包含し、
    前記工程(M)は、前記第1上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記第1上部導電層を形成する工程を包含し、
    前記工程(O)は、前記第2上部導電層が、前記誘電体基板の法線方向から見たとき、前記パッチ電極の前記下部ソースメタル層のエッジおよび前記上部ソースメタル層のエッジを覆うように、前記第2上部導電層を形成する工程を包含する、TFT基板の製造方法。
  23. 前記工程(M)および前記工程(O)は、前記第1上部導電層および/または前記第2上部導電層が、前記コンタクトホール内で露出された前記パッチ電極を覆うように、前記第1上部導電層および前記第2上部導電層を形成する工程を包含する、請求項22に記載のTFT基板の製造方法。
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