JP2019165192A - アクティブマトリクス基板 - Google Patents
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Abstract
Description
[項目1]
複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、銅合金層と銅層とを含む積層構造を有し、前記銅合金層は前記ゲートメタル層の最下層であり、前記銅層は、前記銅合金層上に配置されており、
前記銅合金層は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含む銅合金からなり、前記少なくとも1つの添加金属元素はAlを含み、前記銅合金におけるAlの含有量は2at%以上8at%以下である、アクティブマトリクス基板。
[項目2]
前記少なくとも1つの添加金属元素はMgをさらに含む、項目1に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目3]
前記銅合金におけるMgの含有量は1at%以上3at%以下である、項目1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目4]
前記銅合金におけるCuの含有量は80at%以上である、項目1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目5]
前記少なくとも1つの添加金属元素はPを含まない、項目1から4のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目6]
前記ゲート絶縁層は、前記銅層の上面と直接接する酸素含有シリコン層を含み、前記酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、項目1から5のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目7]
前記酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、項目6に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目8]
前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、項目7に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目9]
前記ゲート絶縁層は、前記酸素含有シリコン層、前記酸化物半導体層と直接接する他の酸素含有シリコン層、および、前記酸素含有シリコン層と前記他の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記他の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、項目6から8のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目10]
前記他の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層であり、
前記ゲート絶縁層は、前記他の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、項目9に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記銅合金層の厚さは、前記銅層の厚さよりも小さい、項目1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記銅合金層の厚さは30nm以上である、項目1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目13]
前記ゲートメタル層の全体の厚さは550nm以下であり、前記ゲートメタル層のシート抵抗は0.05Ω/□以下である、項目1から12のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目14]
前記基板はガラス基板であり、前記銅合金層は前記ガラス基板の表面と直接接している、項目1から13のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目15]
複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記ゲート絶縁層と直接接する銅層を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と直接接する第1の酸素含有シリコン層、前記銅層の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層、および、前記第1の酸素含有シリコン層と前記第2の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記第1の酸素含有シリコン層および前記第2の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、アクティブマトリクス基板。
[項目16]
前記第2の酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、項目15に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目17]
前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、項目16に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目18]
前記第1の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層である、項目15から17のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目19]
前記第1の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、項目18に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目20]
前記酸化物半導体層は、In、GaおよびZnを含む、項目1から19のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体を含む、項目10に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記酸化物半導体層は結晶質部分を含む、項目11に記載のアクティブマトリクス基板。
本発明者は、低いシート抵抗と高い密着性とを両立し得る配線構造について、検討を重ねた。その結果、Cu層の基板側に、所定の組成を有するCu合金層を設けることにより、低いシート抵抗を確保しつつ、基板表面との密着性を改善できることを見出した。本明細書では、このような構造を「Cu/Cu合金積層メタル構造」と呼ぶ。
次いで、アクティブマトリクス基板1000における各画素領域Pixの構成を説明する。ここでは、FFSモードのLCDパネルに適用されるアクティブマトリクス基板を例に説明する。
本実施形態のアクティブマトリクス基板1000では、ゲートメタル層の銅層g2の基板側に銅合金層g1が設けられているので、基板1の表面に対する密着性を向上できる。
ここで、本実施形態におけるゲート絶縁層5の構造の一例を説明する。
ゲート絶縁層5は、銅層g2の上面と接する酸素含有シリコン層を含んでもよい。酸素含有シリコン層は、窒化シリコン層よりも安定性の高い膜であり、酸素含有シリコン層に含まれる不純物量も窒化シリコン層より少ない。このため、ゲート絶縁層5の最下層として酸素含有シリコン層(以下、第2の酸素含有シリコン層)を配置すると、ゲート絶縁層5から銅層g2への不純物の拡散が抑制される。従って、ゲートメタル層(銅層g2)のシート抵抗をより効果的に低減でき、また、シート抵抗のばらつきを抑制することが可能になる。
以下、図2を参照しながら、TFT101の製造方法の一例を説明する。
図9(a)および(b)は、それぞれ、第2の実施形態のアクティブマトリクス基板を例示する断面図である。
<ゲートメタル層のシート抵抗の評価>
実施例1、2および比較例のアクティブマトリクス基板を作製し、ゲートメタル層のシート抵抗を比較した。
まず、ガラス基板(厚さ:0.7mm)上に、Cu/Cu合金積層メタル構造を有するゲートメタル層を形成した。
実施例2では、窒化シリコン層nおよび第1の酸素含有シリコン層a1を含み、かつ、第2の酸素含有シリコン層a2を含まないゲート絶縁層を形成した。具体的には、ゲートメタル層上に、窒化シリコン層n(厚さ:400nm)、および、第1の酸素含有シリコン層a1として酸化シリコン層(厚さ:50nm)をこの順で形成した。これらの膜は、実施例1と同様に、プラズマCVD法を用いて形成した。ゲート絶縁層以外は、実施例1と同様の方法で、サンプル基板A2、C2を5個ずつ作製した。
比較例のアクティブマトリクス基板として、Cu/Ti積層メタル構造を有するゲートメタル層を用いる点以外は、実施例2と同様の方法でサンプル基板Dを作製した。
・Cu合金層の厚さと密着性との関係
JIS K 5600に規定するクロスカット法を用いて、Cu合金膜の厚さと密着性との関係を調べた。
・Cu合金層におけるAlの含有量とCu合金層の密着性との関係
上記のクロスカット法を用いて、Cu合金膜におけるAlの含有量と密着性との関係を調べた。
実施例および比較例の観察用基板を作製し、ゲートメタル層およびガラス基板の断面形状を観察した。
Cu/Cu合金積層メタル構造のゲートメタル層を有する実施例の液晶パネル、および、Cu/Ti積層メタル構造のゲートメタル層を有する比較例の液晶パネルをそれぞれ作製し、可視光の透過率を比較した。実施例では、Cu合金層の厚さを45nm、Cu層の厚さを500nmとした。Cu合金層として、Cu−Mg−Al合金層(Mg:2at%、Al:3at%)を用いた。比較例では、Ti層の厚さを350nm、Cu層の厚さを500nmとした。
TFT構造は、図2に例示した構造に限定されない。例えば、図2に示すTFT101は、ソースおよびドレイン電極が半導体層の上面と接するトップコンタクト構造を有しているが、ソースおよびドレイン電極が半導体層の下面と接するボトムコンタクト構造を有していてもよい。
酸化物半導体層7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。
3 :ゲート電極
5 :ゲート絶縁層
7 :酸化物半導体層
8 :ソース電極
9 :ドレイン電極
11 :無機絶縁層
12 :有機絶縁層
13 :層間絶縁層
15 :下部透明電極
17 :誘電体層
19 :上部透明電極
g1 :銅合金層
g2 :銅層
a1、a2 :酸素含有シリコン層
n :窒化シリコン層
b :中間層
m1: :金属層
101 :TFT
1000 :アクティブマトリクス基板
DR :表示領域
FR :非表示領域
GL :ゲートバスライン
SL :ソースバスライン
PE :画素電極
Pix :画素領域
Claims (20)
- 複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、銅合金層と銅層とを含む積層構造を有し、前記銅合金層は前記ゲートメタル層の最下層であり、前記銅層は、前記銅合金層上に配置されており、
前記銅合金層は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含む銅合金からなり、前記少なくとも1つの添加金属元素はAlを含み、前記銅合金におけるAlの含有量は2at%以上8at%以下である、アクティブマトリクス基板。 - 前記少なくとも1つの添加金属元素はMgをさらに含む、請求項1に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記銅合金におけるMgの含有量は1at%以上3at%以下である、請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記銅合金におけるCuの含有量は80at%以上である、請求項1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記少なくとも1つの添加金属元素はPを含まない、請求項1から4のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記ゲート絶縁層は、前記銅層の上面と直接接する酸素含有シリコン層を含み、前記酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、請求項1から5のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、請求項6に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、請求項7に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記ゲート絶縁層は、前記酸素含有シリコン層、前記酸化物半導体層と直接接する他の酸素含有シリコン層、および、前記酸素含有シリコン層と前記他の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記他の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、請求項6から8のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記他の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層であり、
前記ゲート絶縁層は、前記他の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、請求項9に記載のアクティブマトリクス基板。 - 前記銅合金層の厚さは、前記銅層の厚さよりも小さい、請求項1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記銅合金層の厚さは30nm以上である、請求項1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記ゲートメタル層の全体の厚さは550nm以下であり、前記ゲートメタル層のシート抵抗は0.05Ω/□以下である、請求項1から12のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記基板はガラス基板であり、前記銅合金層は前記ガラス基板の表面と直接接している、請求項1から13のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記ゲート絶縁層と直接接する銅層を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と直接接する第1の酸素含有シリコン層、前記銅層の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層、および、前記第1の酸素含有シリコン層と前記第2の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記第1の酸素含有シリコン層および前記第2の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、アクティブマトリクス基板。 - 前記第2の酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、請求項15に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、請求項16に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記第1の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層である、請求項15から17のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記第1の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、請求項18に記載のアクティブマトリクス基板。
- 前記酸化物半導体層は、In、GaおよびZnを含む、請求項1から19のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
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