JP3765194B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置の電極配線に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置の配線材料として、特開平3−182723 号公報では、ゲート配線として、高濃度の不純物を有するPoly−Si膜とAl (アルミニウム)膜を積層する旨が記載されている。
【0003】
また、液晶表示装置の配線材料として、特開平5−55575号公報では、低抵抗値と耐薬品性を有するTa(タンタル)とNbの合金,NbまたはNbを主成分とする金属材料を使用する旨が記載されている。
【0004】
また、特開平2−106723 号公報ではゲート線の配線材料として基板側からNb,Taの順に積層したものを用い、陽極酸化によりその表面を酸化し、さらにSiO2 (酸化シリコン)又はSiN(窒化シリコン)からなるゲート絶縁膜を積層したTFTについて提案している。これによればTa単層膜を用いた場合に比して抵抗値の低減が図れ、且つゲート線とドレイン線間の短絡防止に有効である旨が記載されている。
【0005】
また、特願平7−147852 号公報ではゲート・ドレイン電極の全てまたは少なくとも一方にNbを用いることを提案しており、これによれば合金や異なる金属材料からなる2層膜を用いることがないため、スループットが向上し、低抵抗で低応力、且つドライエッチング加工の容易な電極構造が実現できる旨が記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶表示装置の配線、特にAlを用いたゲート電極ではAl膜の融点(660.4℃)が低いために層間絶縁膜形成時の熱処理によりヒロックやホイスカが生じるとともに、Alの耐熱酸化性の低さから配線の抵抗の上昇による駆動波形のなまりや、配線間ショートが生じていた。
【0007】
また、通常Al配線はウエットエッチング法によりAl膜をパターニングするため、端部形状を制御することは困難であり、層間絶縁膜110やドレイン電極配線203の付周り不良が生じやすく、配線間ショートやドレイン断線不良の原因となる。
【0008】
本発明の目的は耐熱酸化性に優れた配線構造を適用した液晶表示装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
金属配線を有する液晶表示装置において、その金属配線をNb若しくはNbを主成分とする合金で構成される第1の層とNbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成する。この構成にすることにより、金属配線の耐熱酸化性を向上することができる。また、金属配線の抵抗が問題とならない場合は、金属配線を、Nb若しくはNbを主成分とする合金からなる第1の層を省略してNbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物単層で構成しても、同様に耐熱酸化性を向上することができる。
【0010】
また、第1の層の下にNbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成される第3の層を形成すると、第1の層と他の部材との直接の接触を避けることができる。Nbの窒化物もしくはNbを主成分とする合金の窒化物は、特に絶縁膜との相性がよいため、第1の層の断線,抵抗上昇等を防止できる。これらの配線上に酸化シリコン膜を形成しても配線が熱酸化されないので、より高い効果を得ることができる。
【0011】
また、第1の層と第2の層、望ましくは第3の層を同一のパターンで一括エッチングするとプロセスステップ数を減らすことができる。配線の端部を順テーパー形状に形成することもできる。
【0012】
他の構成としては、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層とを有し、この一対の基板には複数のゲート電極配線と、これら複数のゲート電極配線に交差するように形成された複数のドレイン電極配線と、これらの配線の交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタと、これら複数の薄膜トランジスタに対応して形成された複数のソース電極とを有する液晶表示装置において、複数のゲート電極配線,ドレイン電極配線及びソース電極及び共通電極,共通電極配線を有する場合には共通電極,共通電極配線のうちの少なくとも1つがNbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層とNbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層とを有する積層膜で構成されるようにしても同様に耐熱酸化性が向上するが、ゲート電極配線に用いると特に効果がある。配線抵抗が問題とならない場合には、Nb若しくはNbを主成分とする合金からなる第1の層を省略して、これら電極または電極配線をNbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層のみで構成しても、同様に耐熱酸化性を向上することができる。
【0013】
これらの構成に対しても、第1の層の下にNbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成される第3の層を形成することが望ましい。
【0014】
第1の層と第2の層とを有する積層膜で構成された配線の上に酸化シリコン膜で構成された絶縁膜を形成すると、更に効果が明確になる。
【0015】
また、本発明の電極構造をゲート電極配線に用いる場合には、酸化シリコン膜を薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の少なくとも一部であるように形成するのが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
図14に、コプレーナ型TFTを用いて構成した比較例の液晶表示装置の単位画素の平面図を示す。図15,図16,図17はそれぞれ、図14中x−x′,y−y′,z−z′で示した線に沿う断面図である。
【0017】
液晶表示装置は下地膜104付きのガラス基板103上に形成したゲート電極配線202と、これに交差するように形成されたドレイン電極配線203と、これらの電極配線の交差部に対応して交差部付近に形成されたTFT101と、画素表示領域102とで構成される。
【0018】
図15に示したように、TFT101は真性多結晶Si膜からなるチャネル領域105と、チャネル領域105上に形成されたゲート絶縁膜106と、ゲート絶縁膜106上に形成された不純物をドーピングした多結晶Si膜からなる第1のゲート電極1401と、Al(アルミニウム)からなる第2のゲート電極201と、上記真性多結晶Si膜からなるチャネル領域105のドレイン・ソース領域に不純物をドーピングした活性層109に、スルーホールを介して接続されたドレイン電極111とソース電極112により構成される。前記TFTのソース電極112には、画素電極113が接続されている。1501,110は層間絶縁膜、114は保護絶縁膜である。
【0019】
TFT101のゲート電極に着目すると、図16に示したように、多結晶Siからなる第1のゲート電極1401とAlからなる第2のゲート電極201とが、層間絶縁膜1501に開口したスルーホールTHを介して接続された2層ゲート電極構造であることがわかる。
【0020】
この2層電極構造のうちのAlからなる第2のゲート電極201を延長した部分がそのままゲート電極配線202となる。図17に示すように、Alからなるゲート電極配線202とドレイン電極配線203は、層間絶縁膜110を挟んで交差部分を形成する構造となっている。
【0021】
図18は、図14〜図17に示した比較例において、ゲート電極配線形成工程を各工程毎に示した断面図である。この断面図を用いて本発明の課題をさらに詳細に説明する。
【0022】
まず、図18(a)のように下地膜104付きのガラス基板103上に真性多結晶Si膜からなる島パターン401を形成する。通常、CVD法等で形成したアモルファスSi膜を熱アニール,レーザアニール等の手法で多結晶化して形成する。
【0023】
次いで、図18(b)のように基板全面にゲート絶縁膜106、及び後述する工程で多結晶化後に第1のゲート電極1401となるアモルファスSi膜1801を形成する。ゲート絶縁膜106には通常CVD法で形成したSiO2膜,SiN膜等が用いられる。
【0024】
次に、図18(c)のように、ゲート絶縁膜106とアモルファスSi膜1801を同一パターンで一括エッチングする。このような工程を採用する場合、第1のゲート電極は、ゲート絶縁膜106との一括ドライエッチング加工の容易な電極配線材料で構成される必要がある。
【0025】
次に、図18(d)のように、基板全面にn型ドーパントであるリンイオンをドーピングする。この時、ゲート絶縁膜106とアモルファスSi膜1801の積層パターンがマスクとなり、真性多結晶Si膜からなるチャネル領域105が自己整合的に形成される。
【0026】
さらに、周辺回路部分のP型TFT部分には、ホトレジスト等をマスクにしてP型ドーパントであるボロンイオンを選択的にドーピングする。リン及びボロンのドーピングには、イオン注入法またはイオンドーピング法が用いられる。
【0027】
次に、図18(e)のように、活性化アニールにより、ドーピングした不純物イオンを活性化して、多結晶Si膜からなる第1のゲート電極1401、及びドレイン・ソース領域となる活性層109を形成する。この時の活性化アニールには、熱アニール,レーザアニール等の手法が用いられる。熱アニールの温度は通常600℃以上であり、レーザアニールの場合にはSi膜の表面温度は約1000℃にも達する。従って、第1のゲート電極には、これらの活性化アニール工程に対する耐熱性が要求される。例えば、通常電極配線材料として用いられているAlは、前述したように低融点金属であるため用いることができない。また、熱的な歪みがかかるため低応力な膜であることも要求される。Cr(クロム)は高融点金属(融点:1860℃)であるが、膜応力が高いために、活性化アニール後に電極にクラックが生じてしまい、用いることができない。
【0028】
ここで、多結晶Siからなる第1のゲート電極1401はドーピングされているとはいえメタルに比べて高抵抗であるため、表示装置内を引き回すゲート電極配線202としては用いることができない。従って、多結晶Siからなる第1のゲート電極1401に接続する、低抵抗メタルからなる第2のゲート電極配線が必要になる。
【0029】
しかし、TFTが露出したこの段階(図18(e))で第2のゲート電極配線としてもしAl膜からなるゲート電極201を形成すれば、TFTが汚染を受け、しきい電圧のシフトやオフ電流の増加等のTFT特性不良の原因となる。
【0030】
そこで、次に、図18(f)のように、基板全面に層間絶縁膜1501を形成する。層間絶縁膜1501は、TFTと第2のゲート電極配線となるAl膜からなるゲート電極201との接触を防ぐための保護膜であり、通常CVD法で形成したSiO2 膜,SiN膜等が用いられる。また、図18には示していないが、第2のゲート配線202の上には、別の層間絶縁膜110が層間絶縁膜1501と同様に形成されている。これらの絶縁膜は200〜400℃の高温でプラズマCVD法により形成される。従って、Al膜表面が容易に酸化を受けてしまうという問題が生じる。
【0031】
この第1及び第2のゲート電極配線をAlの代わりに、特開平7−147852 号に記載された、低抵抗,低応力、且つドライエッチング加工の容易な電極配線材料である高融点金属Nb(融点:2470℃)の適用を試みた。Nb膜形成直後の抵抗値は低いものの、この膜を形成した後に絶縁膜を形成し、その後に実際に配線抵抗を測定してみると抵抗値が上昇した。この理由は、Nb膜からなる配線の上に200〜400℃の高温でプラズマCVD法によりSiO2 膜やSiN膜からなる絶縁膜が形成されるため、Nb膜表面が酸化を受け、高抵抗の酸化ニオブが形成されてしまうからである。特にSiO2 膜を用いた場合には、Nb膜表面が強い酸化プラズマ雰囲気に曝されるため、抵抗が上昇した。
【0032】
熱酸化による抵抗上昇の一例として、図19に、熱処理温度を変えて熱処理した際のNb膜の抵抗変化(図中横軸)を示す。オーブンを用いて大気中、各温度1hの熱処理をした際のNb膜の抵抗上昇の割合(図中縦軸)を、熱処理前の抵抗に対する熱処理後の抵抗との比で示したものである。Nb膜の抵抗は180℃付近から上昇しはじめ、250℃を超えると急激に増大することがわかる。300℃での抵抗上昇の割合は約2.5倍 ,350℃では4.5 倍にもなることがわかる。この抵抗上昇の割合は、実際にTFT素子を形成した際に見られたNb電極配線の抵抗上昇の傾向と一致している。液晶表示装置の配線の高抵抗化は大きな問題であり、特にアクティブマトリックス型の液晶表示装置においてはこのような電極配線の高抵抗化は致命的である。何らかのNb膜の耐熱酸化性向上策が施されない限り、Nb、及びNbを主成分とする金属材料を用いた配線の実現は困難である。TFT用の絶縁膜の形成方法として、プラズマCVD法の他に、例えば有機溶剤に可溶なペルヒドロポリシラザン等の無機ポリマーをスピンコートにより基板に塗布,SiO2 膜を形成する方法がある。塗布法においても、膜特性向上のためには塗布膜の焼成工程が不可欠であり、同様に電極配線の耐熱酸化性の向上が要求される。
【0033】
図20〜図27を用いて、NbまたはNbを主成分とする化合物からなる第1の層と、NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層との積層膜構造の構成及びその効果を原理的に説明する。
【0034】
以下、「NbまたはNbを主成分とする合金」を「Nb系」,「NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物」を「NbN系」と示し、これらの積層構造を示すときは境界を「/」で区切って示すものとする。なお、第1層(下層)がNb系、第2層(上層)がNbN系の積層膜構造の場合、本書中では、Nb系/NbN系積層膜と記載している。
【0035】
図20は、Nb膜の表面をプラズマ窒化処理して形成した窒化Nb膜とNb膜の積層膜上に、SiO2 膜を形成した際の抵抗変化を示す。
【0036】
ここでNb膜は、DCマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板温度は130℃,Arガス流量60sccm、パワーは2100W、圧力は0.2Pa で、200nmの膜厚に形成した。なお、この条件で形成したNb膜の応力はほぼゼロであることを確認した。Nb膜表面は、N2 ガス200sccm,パワー500W,圧力27Paでプラズマ窒化した。プラズマ窒化処理時間を変えて評価した。SiO2 膜は、RFプラズマCVD法を用いて、基板温度は330℃,TEOS(テトラエトキシシラン):O2 ガス流量比=15:3000sccm,パワーは1000W、圧力は133Paで、膜厚300nm形成した。これは、TFTプロセスにおいて、通常用いられるSiO2 成膜条件に相当する。
【0037】
図20の横軸はプラズマ窒化処理(nitrogen plasma treatment )時間であり、処理時間が長い程表面に形成されるNbNの膜厚が厚くなっている。処理時間0での値がNb単層膜の抵抗上昇の割合を示す。図20の縦軸は、抵抗上昇の割合をas depo.(堆積した)時の抵抗とSiO2膜形成後の抵抗との比によって示している。Nb膜表面が、SiO2 成膜時に330℃の強い酸化プラズマ雰囲気に曝されることにより、約2.5 倍の抵抗上昇が認められるのに対して、処理時間30min の膜では抵抗上昇がほとんど認められないことがわかる。これにより、Nb系/NbN系積層膜構造を採用することにより、Nb系単層膜に比べて、耐熱酸化性が大幅に向上していることがわかる。これにより、抵抗上昇を招くことなく、強酸化プラズマ雰囲気で層間絶縁膜であるSiO2 膜を形成することができるようになる。得られたNb系/NbN系積層膜は、Nb系単層膜同様に高融点,低応力であった。従って、Al電極配線に見られたようなヒロックやホイスカが発生する心配もない。尚、塗布法によりSiO2 膜を形成した場合においても、同様に耐熱酸化性の向上効果が認められた。具体的には、一例としてシクロヘキサンで希釈したペルヒドロポリシラザンをスピンコート法により塗布形成し、その後大気中で400℃,1時間焼成後にもNb系/NbN系積層膜の抵抗上昇が認められないことを確認できた。
【0038】
上層のNbN系の膜厚については、図23に後述するが、5nm以上で耐熱酸化性向上の効果が認められたが、膜厚が厚くなる程その効果が大きくなる傾向にある。しかしNbN系膜の比抵抗がNb系膜に比べて大きいことから、NbN系膜の膜厚を厚くしすぎることはNb系/NbN系積層配線の抵抗を増加させることになり、望ましくない。NbN系膜の膜厚としては、5nm以上100nm以下の範囲が望ましい。また、これとは逆に、配線抵抗がNbN系膜の比抵抗レベルで問題とならない場合には、下層のNb系膜を省略してNbN系単層膜で配線を構成することもできる。
【0039】
また、下層のNb系膜の比抵抗値は20μΩcm以下が適当である。この値以上に高抵抗のNb系膜は膜形成の段階で既に膜自身に多量の酸素を含んでいるため、Nb系/NbN系積層膜の効果が得にくかった。
【0040】
また、上述のNb系/NbN系積層膜の応用として、図28,図29のように、絶縁膜の上に形成された配線をNbの窒化物又はNbを主成分とする合金の窒化物からなる第3の層150,NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層107,Nbの窒化物又はNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層108の順番に積層した積層膜で構成する構造がある。このように絶縁膜の上にNb系膜を直接接触するのでなく、NbN系膜を介しているので絶縁膜からの酸素拡散によりNb膜の膜質を低下させることがない。また、NbN系膜を下層に追加することによりNb系/NbN系積層膜の絶縁膜との密着性も向上できる。
【0041】
上層のNbN系膜の膜厚と同様に、この下層のNbN系膜の厚みも5〜100nmの範囲が適当である。
【0042】
Nb系/NbN系積層膜の形成方法として、上述のNb系膜の表面窒化という手段以外に、多チャンバ枚葉型のスパッタリング装置を用いる等、スパッタリング装置を工夫する方法が適用可能である。この方法によれば、Nb系/NbN系積層膜を連続形成でき、NbN系膜形成による工程増加を抑えることができる。他のNb系/NbN系積層膜の形成方法としては、上記の他に、例えばNb系ターゲットを用いてスパッタリング法で形成したNb系膜上に、Nb系の窒化物からなるターゲットを用いてスパッタリング法で形成したNbN系膜を積層して形成してもよいし、Nb系ターゲットを用いてスパッタリングガスにN2(窒素)を添加した反応性スパッタリング法で形成したNbN系膜を積層して形成してもよい。あるいは、Nb系膜を窒素雰囲気中でレーザアニールすることにより表面窒化してNbN系膜を形成してもよい。いずれの場合も同様にNb系/NbN系積層膜を連続形成でき、工程増加を抑えることができる。また、Nb膜のみならず、Nbを主成分とする材料であれば、同様の手段で窒化物を形成することができ、同様の耐熱酸化性を得ることができるのはもちろんである。図23は、図21及び図22に示した反応性スパッタリング法で形成したNb系/Nb系積層膜の、熱処理温度(図23横軸:単位℃)を変えて熱処理した際の抵抗変化(図23縦軸:抵抗上昇の割合として熱処理後の抵抗値を熱処理前の抵抗値で割った比。)を示したものである。パラメータは上層のNbNの膜厚である。即ち、◇の線は、上層のNbNの膜厚が0nm、即ち上層にNbN膜が無い場合である。○の線は、上層のNbNの膜厚が5nmの場合である。△の線は、上層のNbNの膜厚が20nmの場合である。□の線は、上層のNbNの膜厚が40nmの場合である。図23より、Nb膜上に膜厚5nm以上のNbN膜を積層することで、400℃の熱処理に対しても十分な耐熱酸化性が確保できることがわかる。NbNの膜厚を厚くするほど耐熱酸化性が向上する方向であるが、その効果の程度はゆるやかである。NbN系膜自身の抵抗を考慮すると、前述したように、Nb系/NbN系積層配線に適用するNbN系膜厚としては5nm以上,100nm以下が望ましい。
【0043】
図21は、NbN系膜の形成方法として、スパッタリングガスにN2 を添加した反応性スパッタリング法を用いた場合に得られたNbN系膜の例を示す。図21の横軸は、スパッタリングガスであるArにN2 ガスを添加する際の、N2 /(Ar+N2)流量比である。図21の縦軸は、形成された膜の比抵抗(Ωcm)である。基板温度は130℃、total ガス流量は60sccm、パワーは2100W、圧力は0.5Pa である。耐熱酸化性向上に寄与するNb系/NbN系積層膜の形成には、N2 添加量がN2/(Ar+N2)流量比で0.05〜0.25,NbN系膜の比抵抗で100〜200μΩcmの範囲(図21中 (b)で示した範囲)のNbN系膜が適していた。尚、このときN2 添加なし(流量比=0)で得られたNb系膜の比抵抗は18μΩcmであった。
【0044】
次に、図21に示した各点の膜の構造をX線回折法で調べた。その結果、(a),(b),(c)で示される3つの領域内では構造が相違していることが判明した。
図22に、図21に示した3つの領域(a),(b),(c)から選んだ窒化Nb膜(NbN膜)の、X線回折スペクトル(代表例)を示す。縦軸は、X線回折強度であり、単位は、任意単位( arbitrary units 又はa.u.)である。図22中、●印はcubic Nb、○印はcubic NbNからの結晶ピーク、黒三角印は下地ガラス基板からのアモルファスピークを示す。図21 (a) で示した範囲(N2/ (Ar+N2) 流量比で<0.05 ,NbN膜の比抵抗で<100μΩcmの範囲)で得られた膜は、N2 の添加不足により、Nb単相あるいはNbNとNbの混晶の状態であることがわかった。
【0045】
これに対して、図21(b)で示したNb系/NbN系積層膜形成に最適な範囲、すなわち(N2/(Ar+N2)流量比で0.05〜0.25,NbN膜の比抵抗で100〜200μΩcmの範囲)で得られた膜は、結晶性の高いNbNのみで構成されていることがわかる。図21(c)で示した範囲、すなわち(N2 / (Ar+N2)流量比で>0.25,NbN系膜の比抵抗で>200μΩcmの範囲)で得られた膜は、NbNのみで構成されてはいるが、N2 の過剰添加により、結晶ピークが小さく結晶性の低い膜であることがわかった。これらの膜質の違いが、Nb系/NbN系積層膜形成時の耐熱酸化性向上効果の違いの原因と推測できる。
【0046】
ゲート電極配線に積層膜を用いる場合、工程の増加をまねくことなく、積層配線が一括でエッチングできることが望ましい。したがって、Nb系/NbN系積層膜を用いる場合にも、Nb系/NbN系積層膜が一括でドライエッチング加工できることが望ましい。また、図6〜図9で後述するように、CMOSインバータを形成するTFT部分、及びアクティブマトリックスの端子部分においては、ゲート電極201上の層間絶縁膜110に、コンタクト形成のためのスルーホールを形成する必要がある。従って、Nb系/NbN系積層膜上で層間絶縁膜110が選択的にエッチングできることが条件となる。層間絶縁膜110には、前述したようにSiO2 膜やSiN膜が用いられる。
【0047】
図24に、F系エッチングガスとして代表的なSF6 ガスを用いてエッチングした際のNb,NbN膜,SiO2 膜,SiN膜、及びレジスト膜のエッチング速度の評価結果を示す。図24の横軸は、エッチング時間(秒)を示し、図24の縦軸は、エッチングされた膜厚(nm)を示す。Nb膜,NbN膜,SiO2 膜は、図20乃至図23に示した方法で形成した。SiN膜はRFプラズマCVD法を用いて、基板温度は230℃,SiH4(モノシラン):NH3(アンモニア):N2 ガス流量比=20:60:200sccm、パワーは175W、圧力は80Paで形成した。レジストは市販のポジ型レジストを用いた。エッチング条件は、
RF平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用いて、パワーを500W,圧力を27Pa,SF6 ガス流量を88sccmとした。図24に示したエッチング時間に対するエッチング膜厚の傾きからエッチング速度を求めることができる。エッチング速度は、SiO2(0.2nm/s)《レジスト(1.2nm/s)<Nb系(1.7nm/s)<NbN系(3.0nm/s)<SiN(4.2nm/s)の順に大きくなることがわかる。これにより、F系エッチングガスを用いることにより、Nb系/NbN系積層膜の一括エッチングが可能であることがわかる。
【0048】
しかしながら、SiO2 膜を層間絶縁膜に用いた場合には、SiO2 膜のエッチング速度がNbN系及びNb系膜のエッチング速度よりも小さいことから、スルーホール形成時にゲート電極配線であるNb系/NbN系積層膜に損傷を与えてしまうことがわかる。これに関しては、SF6 に替えて次に述べるCHF3 をエッチングガスに用いることで、SiO2 膜の選択エッチングが可能になる。一方、SiN膜のエッチング速度は、NbN系及びNb系膜のエッチング速度に比べて大きい値が得られているが、エッチング速度の比である選択比はNbN系膜に対して高々1.4 と小さく、Nb系/NbN系積層膜に損傷を与えずに選択的にSiN膜をエッチングすることが実際には困難であることがわかる。
【0049】
これにより、層間絶縁膜にSiN膜を用いることが難しいことがわかる。上述のようにF系エッチングガスとして代表的なSF6 ガスの代わりに、CF4 、あるいはCF4 にO2 を添加したガスを用いた場合においても同様の結果が得られた。
【0050】
次に、図25にNb系,NbN系、及びSiO2 膜をCHF3 ガスによってエッチングして得られた結果を示す。図25の横軸は、エッチング時間(分)を示し、図25の縦軸は、エッチングされた膜厚(nm)を示す。RF平行平板型の反応性イオンエッチング装置を用い、パワーを550W,圧力を6.7Pa ,CHF3ガス流量を55sccmとした。この図から、SiO2膜のエッチング速度である23nm/minに対して、Nb系,NbN系膜は殆どエッチングされないことがわかる。これは、CHF3 が堆積性の強いガスであることに起因する。すなわち、CHF3 ガスを用いたエッチングでは、プラズマ中でエッチングに寄与するFラジカルの生成と共にC−F化合物が形成され、これがNb系あるいはNbN系膜表面に堆積するため、Nb系あるいはNbN系膜上ではエッチングの進行が停止するのである。一方、SiO2 膜上では、SiO2 膜から酸素が供給されるため、C−F化合物の酸化分解によりC−F化合物の堆積が起こらずにSiO2 膜のエッチングがコンスタントに進行する。従って、CHF3 ガスを用いることにより、Nb系/NbN系積層膜上のSiO2 膜を選択的にエッチングできることになる。上記のドライエッチング加工上の制限から、ゲート電極配線201上の層間絶縁膜110にはSiO2 膜が適していることがわかる。
【0051】
図26は、図24に示したガスを用いてNb系/NbN系積層膜をエッチングした際のエッチングパターン端部の断面摸式図を示す。図26中、103はガラス基板、Nb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107としてNb系膜、Nbの窒化物及びNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層108としてNbN系膜を用いる、2401はレジストパターンを示す。図26(a)に示すように、NbN系膜108では膜厚方向及び膜の横方向に等方的にエッチングが進むと考えられる。ここで、図24で述べたように、Nb系/NbN系積層膜における上層NbN系膜108のエッチング速度aは、Nb系膜107のエッチング速度bの約2倍であった(a>b)。従って、図26(b)及び (c)に示すように、膜厚方向のエッチング速度は、エッチングがNb系/NbN系界面を過ぎてNb系膜側に進行した途端に小さくなる。一方、膜の横方向のエッチング速度は、依然としてNbN系膜のエッチング速度aに支配されることになる。最終的には、図26(d)に示すように、エッチング端部は、Nb系/NbN系界面を挟んで異なる角度を有するテーパー形状に加工される。このとき、上層NbN系膜のなす角αと下層Nb系膜のなす角βの関係は、α>βとなる。実際のNb系/NbN系積層膜のエッチングでは、等方エッチングではなく、膜厚方向に比べて膜の横方向のエッチング速度がやや大きい傾向であったものの、エッチングパターンの端部の形状はいずれも図26(d)に示したテーパー形状とほぼ同様の形状にエッチングされていることを、断面SEM観察により確認できた。このようなテーパー形状は、実際にゲート電極配線に適用した際に、層間絶縁膜110や膜間絶縁膜を介したドレイン電極配線203の良好な付周り特性を確保でき、配線間ショートやドレイン断線不良を防止できる。すなわち、図26に示される配線端部形状はゲート電極配線として欠くことのできない特性である。
【0052】
図6〜図9で後述するように、相補型(CMOS)インバータを形成するTFT部分においては、ゲート電極配線となるNb系/NbN系積層膜とドレイン配線材料とのスルーホールコンタクトを形成する必要がある。
【0053】
図27に、Nb系/NbN系積層膜と、ドレイン配線電極材料として一般的なCr、及びCrの合金膜の例としてCrとMoとの合金膜(以下、CrMoと略記する)とのスルーホールコンタクト抵抗を測定した結果を示す。図27の横軸にコンタクト面積(μm2)を示し、図27の縦軸にコンタクト抵抗(Ω・μm2)を示す。Cr膜は、DCマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板温度は200℃,Arガス流量60sccm、パワーは4000W、圧力は0.2Pa で形成した。CrMo膜は、CrとMoの重量比率が50:50の合金ターゲットを用い、それ以外はCr膜と同じ条件で形成した。図27中の○印がNb系/NbN系積層膜とCrの場合、□印がNb系/NbN系積層膜とCrMoの場合の測定結果である。周辺回路及び画素TFTの駆動条件から、コンタクト抵抗の仕様の目安として106Ωμm2以下に抑えることが求められている。図27から、Nb系/NbN系積層膜とCr、Nb系/NbN系積層膜とCrMoのいずれの組み合わせの場合も、得られたコンタクト抵抗は、コンタクト面積25〜400μm2の範囲で102Ωμm2であることがわかる。これは目標より4桁低い値であり、仕様を十分満足することがわかる。従って、ゲート電極配線をNb系/NbN系積層膜,ドレイン電極配線材料をCr、及び/またはCrの合金膜とすることにより、良好なコンタクト特性を確保できると結論される。また、このコンタクト特性は、前記ドレイン電極配線若しくは前記ソース電極配線のうち、少なくとも前記Nb系/NbN系積層膜からなるゲート電極配線と接する部分がクロム、又はクロムとモリブデンの合金膜で形成されていれば得ることができる。従って、この条件を満たしていれば、ドレイン電極配線若しくは前記ソース電極配線の応用例として、クロム、又はクロムとモリブデンの合金膜と他の金属膜との積層膜、例えば低抵抗金属膜であるアルミ二ウム合金膜との積層膜を用いることもできる。
【0054】
なお、本発明による配線構造は耐熱酸化性に優れるため、配線が高温の酸化性雰囲気に曝されるプロセスであれば、ドレイン電極配線やソース電極配線及び共通電極,共通電極配線を有する場合には、共通電極,共通電極配線等に用いても効果を発揮するが、特に、本発明をTFT基板のゲート電極配線に適用した例について以下に説明する。
【0055】
図2は本発明に係るコプレーナ型TFTを用いて構成した液晶表示装置の単位画素の平面図で、図1,図3はそれぞれ図2中x−x′,y−y′で示した線に沿う断面図である。
【0056】
液晶表示装置の単位画素の基本構成は、図14で示した比較例と同様に下地膜104付きのガラス基板103上に形成したゲート電極配線202と、これに交差するように形成されたドレイン電極配線203と、これらの電極配線の交差部付近に形成されたTFT101と、画素表示領域102とで構成される。比較例と異なる点は、多結晶Siからなる第1のゲート電極1401とAlからなる第2のゲート電極201との2層ゲート電極構造に替わって、本発明ではNb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜(Nb系/NbN系)で構成された積層型電極構造を採用していることである。
【0057】
従って、図1に示したように、TFT101は、真性多結晶Si膜からなるチャネル領域105と、チャネル領域105上に形成されたゲート絶縁膜106と、Nb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜で構成された積層型のゲート電極201と、前記真性多結晶Si膜105のドレイン・ソース領域に不純物をドーピングした活性層109に、スルーホールを介して接続されたドレイン電極111とソース電極112により構成され、このTFT101のソース電極112には画素電極113が接続される。また、TFT101のゲート電極配線とソース・ドレイン電極との間には層間絶縁膜110が形成され、TFT101及び各配線の上には保護絶縁膜114が形成される。また、符号102は、画素表示領域である。
【0058】
比較例と同様にゲート電極201を延長した部分がそのままゲート電極配線202となる。
【0059】
図3は、ゲート電極配線202とドレイン電極配線203との交差部分を示す。図26で前述したように、NbまたはNbを主成分とする第1の層107と第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜からなるゲート電極配線202のパターン端部は順テーパー形状に加工する。このようにテーパー形状に加工することにより、ゲート電極配線202上の層間絶縁膜110及びドレイン電極配線203の良好な付周り特性が確保でき、配線間の短絡によるショートやドレイン電極配線203の断線を防止できる。また、Al電極配線に見られたようなヒロックやホイスカの発生がないため、配線間の短絡によるショート不良をさらに低減できる。
【0060】
図4は、図1〜図3に示した実施例のゲート電極配線形成工程である。各工程毎の断面構造を示してある。まず、図4(a)のように、下地膜104付きのガラス基板103上に、真性多結晶Si膜からなる島パターン401を形成する。
次いで、同図(b)のように、基板全面にゲート絶縁膜106,NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層107,第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜を形成する。NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と、第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜は、窒化膜形成をArとN2 との混合ガスによる反応性スパッタリング法を用いることにより第1の層と連続形成できる。次に、同図(c)のように、ゲート絶縁膜106とNb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と、第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜を同一パターンで一括エッチングすることにより、積層型のゲート電極201及びほぼ同一平面形状のゲート絶縁膜106となる。
【0061】
図24で前述したように、NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と、第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜は、F系エッチングガスを用いることにより容易に一括エッチングが可能である。
【0062】
次に、同図(d)のように、基板全面にN型ドーパントであるリンイオンをドーピングする。この時、ゲート絶縁膜106と積層型のゲート電極201との積層パターンがマスクとなり、真性多結晶Si膜からなるチャネル領域105が自己整合的に形成される。
【0063】
最後に、同図(e)のように、活性化アニールによりドーピングした不純物イオンを活性化して、ドレイン・ソース領域となる活性層109を形成する。この時の活性化アニールには、熱アニール,レーザアニール等の手法が用いられるが、積層型のゲート電極201を構成するNb系/NbN系積層膜は高融点,低応力であるために、活性化アニールによるゲート電極パターンの剥離,クラック等の不良を生じることがない。また、ゲート電極配線がNb系/NbN系積層膜構造であるため、活性化アニール雰囲気に対する耐熱酸化性が向上する。その後の層間絶縁膜110の形成工程においても、ゲート電極配線の抵抗が上昇することはない。
【0064】
また、Nb系/NbN系積層膜は、図14〜図18で述べた比較例の多結晶Siからなるゲート電極である(符号の説明通り)1401に比べて著しく低抵抗であるため、積層型のゲート電極201のみで液晶表示装置内の信号配線としての役割を果たすことができる。従って、比較例における低抵抗メタルからなる第2のゲート電極配線が不要となる。これに伴い、TFTと第2のゲート電極配線膜201との接触を防ぐための層間絶縁膜1501も不要になり、ゲート電極配線構造及びトータルプロセスが大幅に簡略化されることがわかる。換言すれば、本発明の積層ゲート電極配線構造を適用することにより、Nb、及びNbを主成分とする金属材料の特長を生かしながら、耐熱酸化性,加工性に優れ、低抵抗で低応力、しかもプロセス整合性に優れた簡略なゲート電極配線構造を実現できる。ひいては、TFT構造及びプロセスの大幅な簡略化により、液晶表示装置の低コスト化が達成できることになる。
【0065】
また、配線の交差部分における配線間の短絡によるショートやドレイン電極配線の断線を防止できるため、液晶表示装置の歩留まりも向上できる。
【0066】
図5にCMOSインバータを用いて構成した駆動回路をアクティブマトリックス型の液晶表示部とともに同一の基板501上に集積したアクティブマトリックス型液晶表示装置全体の等価回路を示す。
【0067】
この液晶表示装置は表示部としてのTFTよりなるアクティブマトリックス50と、これを駆動する垂直走査回路51と、1本の走査線分のビデオ信号を複数のブロックに分割して時分割的に供給するための水平走査回路53と、ビデオ信号を供給するデータ信号線Vdr1,Vdg1,Vdb1,…,ビデオ信号を分割ブロック毎にアクティブマトリックス側へ供給するスイッチマトリックス回路52を有する。ここで、垂直走査回路51および水平走査回路53は、シフトレジスタとバッファにより構成され、クロック信号CL1,Cl2,CKVにより駆動される。
【0068】
図6は基板上に形成されるCMOSインバータ回路を構成した時の回路図である。PMOSとNMOSとが図に示すように構成され、入力端子Vinと出力端子Voutとを有し、基準電圧Vssおよび電源電圧Vddが印加される。
【0069】
図7は、図6に示したインバータ回路のパターン配置図を示す。図8は、図7中x−x′で示した線に沿う断面図、図9は図7中y−y′で示した線に沿う断面図である。本実施の形態におけるCMOSインバータは、P型TFTであるPMOS701とN型TFTであるNMOS702とによって構成されている。
【0070】
図8に示すように、701と702の2つのTFTのゲート電極703と704は、入力端子Vinと一体になった第1の配線電極705とスルーホールTHを介して接続されている。
【0071】
また、図9に示すように、回路に基準電圧Vssおよび電源電圧Vddを供給する電極、及び2つのTFTのドレイン電極を接続した出力端子Voutは第2の配線電極706により形成されている。出力端子Voutが次段走査線に対応するシフトレジスタの入力電圧となる。
【0072】
このとき、配線電極705と706はいずれもTFTのドレイン電極配線と同層,同一材料で構成される。従って、入力端子Vin側では、配線電極705とTFTのゲート電極703及び704、すなわちドレイン電極配線材料とゲート電極配線材料との良好なスルーホールコンタクト特性が確保されなければならない。積層ゲート電極配線構造を、P型トランジスタPMOS701 とN型トランジスタNMOS702 を構成するTFTに用いることにより、具体的にはゲート電極703と704はNb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と、第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜で構成され、配線電極705と706はドレイン電極配線材料であるCr、またはCrとMoとの合金膜で構成されることになる。また、ゲート電極703と704上の層間絶縁膜110はSiO2 膜で構成されることになる。
【0073】
この場合もゲート電極703と704はNb系/NbN系積層膜構造で構成されており、十分な耐熱酸化性が保証されている。従って、SiO2 膜からなる層間絶縁膜110形成後に、ゲート電極配線抵抗が上昇することはない。
【0074】
また、図27に示すようにNbと窒化Nbとの積層膜とCrまたはCrMoとのスルーホールコンタクト抵抗が十分低い。従って、配線電極705とTFTのゲート電極703及び704の接続においては、良好なスルーホールコンタクト特性を確保することができる。
【0075】
また、図25で前述したように、ゲート電極703及び704上で層間絶縁膜110を選択エッチングできるため、スルーホール形成工程において、下層のゲート電極703及び704が損傷を受けることもない。これにより、簡略な構造で特性の良好なCMOSインバータを得ることができるため、周辺回路の内蔵も容易となり、液晶ディプレイ装置の大幅な高性能化,低コスト化を図ることができる。また、上記の実施例では、ドレイン電極及びドレイン電極配線材料として、Cr、またはCrとMoとの合金膜を用いているが、ゲート電極,ゲート電極配線と接する部分がCr、またはCrとMoとの合金膜から成る第1層で構成され、その上に低抵抗金属膜であるアルミニウム合金膜から成る第2層を積層したドレイン電極,ドレイ電極配線構造とすることによりスルホールコンタクト特性のみならず、配線抵抗の低いドレイン電極,ドレイン電極配線を得ることができる。
【0076】
上記の実施例ではコプレーナ型のTFTを用いて全体を構成したが、TFTは逆スタガ型、あるいは正スタガ型であってもよい。また、上記の実施例では縦電界型のTFTを用いて全体を構成したが、TFTのソース電極と同一基板上に形成された共通電極間に横方向に電界を印加する、横電界型のTFTを用いて構成してもよい。また、TFTのチャネル半導体層に、真性多結晶Siの替わりにアモルファスSiを用いた場合においても同様に適用可能である。次に述べる実施例は、逆スタガ型のアモルファスSi−TFTに本発明を適用した例である。
【0077】
図10に、逆スタガ型TFTを用いて構成した本発明に係るアクティブマトリックス液晶表示装置の単位画素の平面図を示す。
【0078】
図11,図12はそれぞれ、図10中x−x′,y−y′で示した線に沿う断面図である。
【0079】
本液晶表示装置の基本構成は、下地膜104付きのガラス基板103上に形成したゲート電極配線202と、これに交差するように形成されたドレイン電極配線203と、これらの電極配線の交差部付近に形成されたTFT101と、画素表示領域102と、付加容量1001で構成される。
【0080】
図1〜図4で述べたコプレーナ型TFTの実施例と異なる点は、TFT101が逆スタガ型TFTで構成されていること、チャネル領域105とドレイン・ソース領域に不純物をドーピングした活性層109とがアモルファスSiから構成されていること、及びゲート絶縁膜がSiO2 膜からなる第1のゲート絶縁膜1101と、SiN膜からなる第2のゲート絶縁膜1102との積層膜で構成されていることである。
【0081】
アモルファスSiTFTにおいては、チャネル層であるアモルファスSiとゲート絶縁膜界面の安定性を確保するために、ゲート絶縁膜にSiN膜が用いられるのが通例である。
【0082】
しかしながら、ゲート絶縁膜をSiN単層膜で構成すると前述のようにゲート絶縁膜の下層に位置するNb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層107と第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜(Nb系/NbN系)で構成された積層型のゲート電極及びゲート電極配線201及び202上で、SiN膜からなるゲート絶縁膜を選択エッチングすることが困難となる。
【0083】
そこで、実施例においては、上記のようにSiO2 膜からなる第1のゲート絶縁膜1101と、SiN膜からなる第2のゲート絶縁膜1102との積層ゲート絶縁膜構造を採用し、ゲート電極及びゲート電極配線201及び202との選択エッチング特性はSiO2 膜からなる第1のゲート絶縁膜1101で、チャネル層105との界面の安定性はSiN膜からなる第2のゲート絶縁膜1102で確保する。
【0084】
このときも、ゲート電極及びゲート電極配線201及び202はNb/NbN系積層膜構造で構成することにより十分な耐熱酸化性を有する。従って、SiO2膜からなる第1のゲート絶縁膜110形成後に、ゲート電極配線抵抗が上昇することはない。
【0085】
図12は、ゲート電極配線202とドレイン電極配線203との交差部分を示す。本発明の適用により、Nb、またはNbを主成分とする第1の層107と、第1の層の窒化膜からなる第2の層108との積層膜からなるゲート電極配線202のパターン端部が順テーパー形状に加工されるため、ゲート電極配線202上のSiO2 膜からなる第1のゲート絶縁膜1101,SiN膜からなる第2のゲート絶縁膜1102、及びドレイン電極配線203の良好な付周り特性が確保でき、従って配線間の短絡によるショートやドレイン電極配線203の断線を防止できる。また、Al電極配線に見られたようなヒロックやホイスカの発生がないため、配線間の短絡によるショート不良を防止できることは言うまでもない。図13は、本発明に係るアクティブマトリックス型の液晶ディプレイ装置の断面模式図を示す。液晶層1302の下部のガラス基板103上には、ゲート電極配線(走査信号配線)202とドレイン電極配線(映像信号配線)203とがマトリックス状に形成され、その交点近傍に形成されたTFTによってITOよりなる画素電極113を駆動する。液晶層1302を挾んで対向する対向ガラス基板1305上にはITOよりなる対向電極1306、及びカラーフィルター1304,カラーフィルター保護膜1307,遮光用ブラックマトリックスパターンを形成する遮光膜1308が形成されている。
【0086】
図13の中央部は1画素部分の断面を、左側は一対のガラス基板103,1305の左側縁部分で外部引出端子の存在する部分の断面を、右側は一対のガラス基板103,1305の右側縁部分で外部引出端子の存在しない部分の断面を示している。
【0087】
図13の左側,右側のそれぞれに示すシール材SLは、液晶層1302を封止するように構成されており、液晶封入口(図示していない)を除くガラス基板103,1305の縁全体に沿って形成されている。シール剤は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。対向ガラス基板1305側の対向電極1306は少なくとも一個所において、銀ペースト材SILによってガラス基板103に形成された外部引出配線に接続されている。この外部引出配線はゲート電極配線202,ソース電極112及びドレイン電極配線203のそれぞれと同一製造工程で形成される。従って、例えばゲート電極配線202の外部引出配線は、具体的には、本発明のNb系/NbN系積層膜構造で構成することができる。それぞれの外部引出配線は、異方性導電膜(ACF:Anisotropic Conductive Film)を介して、TCP(Tape Carrier Package)、またはCOG (Chip On Glass)接続方式の外部駆動回路と接続される。配向膜ORI1,ORI2,画素電極113,保護膜114,層間絶縁膜110,SiO2 からなるゲート絶縁膜106のそれぞれの層はシール材SLの内側に形成される。偏光板1301はそれぞれ一対のガラス基板103,1305の外側の表面に形成されている。
【0088】
液晶層1302は液晶分子の向きを設定する下部配向膜ORI1と、上部配向膜ORI2の間に封入され、シール材SLによってシールされている。下部配向膜ORI1は、ガラス基板103側の保護絶縁膜114の上部に形成される。対向ガラス基板1305の内側の表面には、遮光膜1308,カラーフィルター1304,カラーフィルター保護膜1307,対向電極1306および上部配向膜ORI2が順次積層して設けられている。この液晶表示装置はガラス基板103側と対向ガラス基板1305側の層を別々に形成し、その後上下ガラス基板103,1305を重ね合わせ、両者間に液晶1302を封入することによって組立てられる。バックライトBLからの光の透過を画素電極113部分で調節することによりTFT駆動型のカラー液晶表示装置が構成される。
【0089】
このようにゲート電極(走査信号配線)201及びゲート電極配線202として、Nb若しくはNbを主成分とする合金とNb若しくはNbを主成分とする合金の窒化物の積層ゲート電極配線構造を用いることにより、耐熱酸化性と加工性に優れ、低抵抗,低応力であり、プロセス整合性にも優れた簡略なゲート配線構造が容易に実現できるため、スループット及び歩留まりの優れたアクティブマトリックス型の液晶ディスプレイ装置を容易に実現できる。
【0090】
また、周辺回路の内蔵が容易になるため、液晶ディスプレイ装置の大幅な高性能化,低コスト化が実現できる。また、上記の実施例においては、縦電界型のTFTを用いて全体を構成したが共通電極,共通電極配線を有する横電界型のTFTを用いた場合においても同様である。
【0091】
尚、TFTはコプレーナ型,逆スタガ型、あるいは正スタガ型であってもよいが、特にコプレーナ型素子では、ゲートとソースあるいはドレイン間の寄生容量が小さくできるのでより高速な動作が可能であり、周辺回路内蔵型の液晶表示装置に有利である。
【0092】
また、TFTのチャネル半導体層に真性多結晶Siの替りにアモルファスSiを用いた、非周辺回路内蔵型液晶表示装置についても同様に適用可能である。
【0093】
上述した実施例では、Nb/NbN若しくはNbN/Nb/NbNの積層構造をゲート電極,ゲート電極配線に適用した場合のみを示したがドレイン電極配線やソース電極及び共通電極,共通電極配線を有する場合には、共通電極,共通電極配線に適用しても同様に耐熱酸化性及び絶縁膜との良好な整合性及び絶縁膜を介した良好なスルーホールコンタクト特性等の効果を得ることができる。
【0094】
また、Nbを主成分とする合金、及びNbを主成分とする合金の窒化物の例としては、例えばW,Mo,Ti,V,Si等を数%以下の範囲で含むNb合金、及びこれらNb合金の窒化物がある。
【0095】
【発明の効果】
本発明によれば耐熱酸化性に優れた配線を容易に得ることができ、高性能で低コストな液晶表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コプレーナ型TFTを用いて構成した本発明の実施例に関する液晶表示装置の断面図であり、図2に示したx−x′で示した線に沿う断面図。
【図2】コプレーナ型TFTを用いて構成した本発明の実施例に関する液晶表示装置の単位画素の平面図。
【図3】コプレーナ型TFTを用いて構成した本発明の実施例に関する液晶表示装置の断面図であり、図2に示したy−y′で示した線に沿う断面図。
【図4】図2に示したゲート電極配線の工程毎の断面図。
【図5】CMOSインバータを用いて構成した駆動回路を表示部とともに同一基板上に集積した本発明の実施例のアクティブマトリックス型液晶表示装置全体の等価回路図。
【図6】本発明の実施例に係るCMOSインバータ回路の構成図。
【図7】図6に示したインバータ回路のパターン配置図。
【図8】図7に示したx−x′で示した線に沿う断面図。
【図9】図7に示したy−y′で示した線に沿う断面図。
【図10】逆スタガ型TFTを用いて構成した本発明の実施例のアクティブマトリックス型液晶表示装置の単位画素の平面図。
【図11】図10に示したx−x′で示した線に沿う断面図。
【図12】図10に示したy−y′で示した線に沿う断面図。
【図13】本発明の実施例に係るアクティブマトリックス型の液晶表示装置の断面模式図。
【図14】コプレーナ型TFTを用いて構成した本発明の比較例のアクティブマトリックス型液晶表示装置の単位画素の平面図。
【図15】図14に示したx−x′で示した線に沿う断面図。
【図16】図14に示したy−y′で示した線に沿う断面図。
【図17】図14に示したz−z′で示した線に沿う断面図。
【図18】図14に示した本発明の比較例のゲート電極配線の形成工程毎の断面図。
【図19】熱処理温度を変えて熱処理した際のNb膜の抵抗変化を示す図。
【図20】表面プラズマ窒化処理を加えたNb膜を熱処理した際の抵抗変化を示す図。
【図21】N2 添加量を変えて形成した窒化Nb膜(NbN系)の抵抗特性を示す図。
【図22】図21に示したN2 添加量を変えて形成したNbの窒化膜(NbN系)のX線回折スペクトル。
【図23】熱処理温度を変えて熱処理した際のNb系/NbN系積層膜の抵抗変化を示す図。
【図24】SF6 を用いてエッチングした際のNb,NbN,SiO2 ,SiN、及びレジスト膜のエッチング時間とエッチング膜厚との関係をプロットした図。
【図25】CHF3 を用いてエッチングした際のNb,NbN、及びSiO2 膜のエッチング時間とエッチング膜厚との関係をプロットした図。
【図26】Nb系/NbN系積層膜の配線パターン端部の断面摸式図。
【図27】Nb系/NbN系積層膜とCr、またはCrMoとのスルーホールコンタクト抵抗を示す図。
【図28】NbN系/Nb系/NbN系積層膜の配線断面図。
【図29】NbN系/Nb系/NbN系積層膜の配線断面図。
【符号の説明】
50…アクティブマトリックス、51…垂直走査回路、52…スイッチマトリックス回路、53…水平走査回路、101…TFT、102…画素表示領域、103…ガラス基板、104…下地膜、105…TFTのチャネル領域、106…ゲート絶縁膜、107…Nb、またはNbを主成分とする合金からなる第1の層、108…Nbの窒化物及びNbを主成分とする合金の窒化物からなる第2の層、109…ドレイン・ソース領域に不純物をドーピングした活性層、110,1501…層間絶縁膜、111…ドレイン電極、112…ソース電極、113…画素電極、114…保護絶縁膜、201…ゲート電極、202…ゲート電極配線、203…ドレイン電極配線、401…真性多結晶Si膜からなる島パターン、701…PMOS、702…NMOS、703,704…TFTのゲート電極、705…第1の配線電極、706…第2の配線電極、1001…付加容量、1101…SiO2 膜からなる第1のゲート絶縁膜、1102…SiN膜からなる第2のゲート絶縁膜、1302…液晶層、1304…カラーフィルター、1305…対向ガラス基板、1306…対向電極、1307…カラーフィルター保護膜、1308…遮光膜、1401…不純物をドーピングした多結晶Si膜からなる第1のゲート電極、1801…アモルファスSi膜、TH…スルーホールTH、SL…シール材、SIL…銀ペースト材、ORI1,ORI2…配向膜、BL…バックライトBL。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode wiring of a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
As a wiring material for a liquid crystal display device, Japanese Patent Laid-Open No. 3-182723 discloses that a poly-Si film having a high concentration of impurities and an Al (aluminum) film are stacked as a gate wiring.
[0003]
Further, as a wiring material for a liquid crystal display device, Japanese Patent Laid-Open No. 5-55575 uses a metal material mainly composed of an alloy of Ta (tantalum) and Nb having a low resistance value and chemical resistance, Nb or Nb. The effect is described.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-106723 uses a wiring material for a gate line in which Nb and Ta are laminated in this order from the substrate side, and the surface is oxidized by anodization. 2 A TFT in which a gate insulating film made of (silicon oxide) or SiN (silicon nitride) is stacked is proposed. According to this, it is described that the resistance value can be reduced as compared with the case where a Ta single layer film is used, and that it is effective in preventing a short circuit between the gate line and the drain line.
[0005]
Japanese Patent Application No. 7-147852 proposes the use of Nb for all or at least one of the gate / drain electrodes. According to this, a two-layer film made of an alloy or a different metal material is not used. Therefore, it is described that an electrode structure with improved throughput, low resistance, low stress, and easy dry etching can be realized.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the melting point (660.4 ° C.) of the Al film is low in the wiring of the conventional liquid crystal display device, particularly the gate electrode using Al, hillocks and whiskers are generated by the heat treatment when forming the interlayer insulating film, and the heat resistance of Al Due to the low oxidization property, the drive waveform was distorted and the wiring was short-circuited due to an increase in wiring resistance.
[0007]
In addition, since the Al film is usually patterned by wet etching, it is difficult to control the shape of the end, and it is easy to cause poor contact with the interlayer insulating film 110 and the drain electrode wiring 203. It causes drain disconnection failure.
[0008]
An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device to which a wiring structure excellent in heat-resistant oxidation resistance is applied.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In a liquid crystal display device having a metal wiring, the metal wiring is formed of a first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and a nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component. With this configuration, it is possible to improve the heat oxidation resistance of the metal wiring. Further, when the resistance of the metal wiring does not matter, the metal wiring is omitted from the first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and nitrided from Nb nitride or an alloy containing Nb as a main component. Even if it is composed of a single material layer, the heat oxidation resistance can be improved in the same manner.
[0010]
In addition, when a third layer made of Nb nitride or Nb-based alloy nitride is formed under the first layer, direct contact between the first layer and another member is achieved. Can be avoided. Nb nitrides or nitrides of alloys containing Nb as a main component are particularly compatible with the insulating film, so that disconnection of the first layer, increase in resistance, and the like can be prevented. Even if a silicon oxide film is formed on these wirings, the wirings are not thermally oxidized, so that a higher effect can be obtained.
[0011]
Further, the number of process steps can be reduced by collectively etching the first layer and the second layer, preferably the third layer, with the same pattern. The end of the wiring can also be formed in a forward tapered shape.
[0012]
Another structure includes a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates. The pair of substrates includes a plurality of gate electrode wirings and a plurality of gate electrode wirings intersecting with each other. In a liquid crystal display device having a plurality of drain electrode wirings formed, a plurality of thin film transistors formed corresponding to intersections of these wirings, and a plurality of source electrodes formed corresponding to the plurality of thin film transistors, In the case of having a plurality of gate electrode wirings, drain electrode wirings, source electrodes, common electrodes, and common electrode wirings, at least one of the common electrodes and the common electrode wirings is made of Nb or an alloy mainly composed of Nb. Even if it is constituted by a laminated film having a layer and a second layer made of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component, the thermal oxidation resistance is improved. Is particularly effective when used for the gate electrode wiring. If wiring resistance is not a problem, the first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component is omitted, and the electrodes or electrode wires are nitrided with Nb nitride or an alloy containing Nb as a main component. Even if it comprises only the 2nd layer which consists of a thing, heat oxidation resistance can be improved similarly.
[0013]
Also for these structures, it is desirable to form a third layer made of Nb nitride or a nitride of an alloy containing Nb as a main component under the first layer.
[0014]
When an insulating film made of a silicon oxide film is formed on a wiring made of a laminated film having a first layer and a second layer, the effect is further clarified.
[0015]
Further, when the electrode structure of the present invention is used for the gate electrode wiring, it is preferable to form the silicon oxide film so as to be at least a part of the gate insulating film of the thin film transistor.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 14 is a plan view of a unit pixel of a liquid crystal display device of a comparative example configured using coplanar TFTs. 15, FIG. 16, and FIG. 17 are sectional views taken along lines xx ′, yy ′, and zz ′ in FIG. 14, respectively.
[0017]
The liquid crystal display device includes a gate electrode wiring 202 formed on a glass substrate 103 with a base film 104, a drain electrode wiring 203 formed so as to intersect with the gate electrode wiring 202, and an intersection corresponding to the intersection of these electrode wirings. It is composed of a TFT 101 formed in the vicinity and a pixel display region 102.
[0018]
As shown in FIG. 15, the TFT 101 includes a channel region 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film, a gate insulating film 106 formed on the channel region 105, and a multi-doped impurity formed on the gate insulating film 106. A first gate electrode 1401 made of a crystalline Si film, a second gate electrode 201 made of Al (aluminum), and an active layer doped with impurities in the drain / source regions of the channel region 105 made of the intrinsic polycrystalline Si film 109 includes a drain electrode 111 and a source electrode 112 connected to each other through a through hole. A pixel electrode 113 is connected to the source electrode 112 of the TFT. Reference numerals 1501 and 110 denote interlayer insulating films, and reference numeral 114 denotes a protective insulating film.
[0019]
Focusing on the gate electrode of the TFT 101, as shown in FIG. 16, the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si and the second gate electrode 201 made of Al are through holes TH opened in the interlayer insulating film 1501. It can be seen that the structure is a two-layer gate electrode structure connected through the.
[0020]
In this two-layer electrode structure, the extended portion of the second gate electrode 201 made of Al becomes the gate electrode wiring 202 as it is. As shown in FIG. 17, the gate electrode wiring 202 and the drain electrode wiring 203 made of Al have a structure in which an intersection is formed with the interlayer insulating film 110 interposed therebetween.
[0021]
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a gate electrode wiring formation step for each step in the comparative example shown in FIGS. The subject of this invention is demonstrated in detail using this sectional drawing.
[0022]
First, as shown in FIG. 18A, an island pattern 401 made of an intrinsic polycrystalline Si film is formed on a glass substrate 103 with a base film 104. Usually, an amorphous Si film formed by a CVD method or the like is polycrystallized by a technique such as thermal annealing or laser annealing.
[0023]
Next, as shown in FIG. 18B, a gate insulating film 106 and an amorphous Si film 1801 to be the first gate electrode 1401 after polycrystallization are formed on the entire surface of the substrate in a process described later. The gate insulating film 106 is usually made of SiO formed by the CVD method. 2 A film, SiN film, or the like is used.
[0024]
Next, as shown in FIG. 18C, the gate insulating film 106 and the amorphous Si film 1801 are collectively etched with the same pattern. When such a process is employed, the first gate electrode needs to be made of an electrode wiring material that can be easily subjected to batch dry etching with the gate insulating film 106.
[0025]
Next, as shown in FIG. 18D, phosphorus ions as an n-type dopant are doped on the entire surface of the substrate. At this time, the layer pattern of the gate insulating film 106 and the amorphous Si film 1801 is used as a mask, and the channel region 105 made of the intrinsic polycrystalline Si film is formed in a self-aligned manner.
[0026]
Further, the P-type TFT portion of the peripheral circuit portion is selectively doped with boron ions, which are P-type dopants, using a photoresist or the like as a mask. An ion implantation method or an ion doping method is used for doping phosphorus and boron.
[0027]
Next, as shown in FIG. 18E, the doped impurity ions are activated by activation annealing to form a first gate electrode 1401 made of a polycrystalline Si film and an active layer 109 to be a drain / source region. Form. For this activation annealing, techniques such as thermal annealing and laser annealing are used. The temperature of thermal annealing is usually 600 ° C. or higher, and in the case of laser annealing, the surface temperature of the Si film reaches about 1000 ° C. Therefore, the first gate electrode is required to have heat resistance against these activation annealing steps. For example, Al, which is usually used as an electrode wiring material, cannot be used because it is a low melting point metal as described above. Further, since a thermal strain is applied, a low stress film is also required. Cr (chromium) is a refractory metal (melting point: 1860 ° C.), but since the film stress is high, the electrode is cracked after activation annealing and cannot be used.
[0028]
Here, although the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si has a higher resistance than metal even though it is doped, it cannot be used as the gate electrode wiring 202 routed around the display device. Therefore, a second gate electrode wiring made of a low resistance metal connected to the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si is required.
[0029]
However, if the gate electrode 201 made of an Al film is formed as the second gate electrode wiring at this stage where the TFT is exposed (FIG. 18E), the TFT is contaminated, the threshold voltage shifts and the off current. This causes a TFT characteristic defect such as an increase in the thickness.
[0030]
Therefore, next, as shown in FIG. 18F, an interlayer insulating film 1501 is formed on the entire surface of the substrate. The interlayer insulating film 1501 is a protective film for preventing contact between the TFT and the gate electrode 201 made of the Al film serving as the second gate electrode wiring. 2 A film, a SiN film, or the like is used. Although not shown in FIG. 18, another interlayer insulating film 110 is formed on the second gate wiring 202 in the same manner as the interlayer insulating film 1501. These insulating films are formed by a plasma CVD method at a high temperature of 200 to 400 ° C. Therefore, there arises a problem that the surface of the Al film is easily oxidized.
[0031]
Instead of Al, the first and second gate electrode wirings are refractory metal Nb (described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-147852), which is an electrode wiring material having low resistance, low stress, and easy dry etching. Application of melting point: 2470 ° C. was attempted. Although the resistance value immediately after the formation of the Nb film is low, when the insulating film is formed after this film is formed and then the wiring resistance is actually measured, the resistance value increases. This is because SiO 2 is formed on the wiring made of the Nb film by plasma CVD at a high temperature of 200 to 400 ° C. 2 This is because an insulating film made of a film or SiN film is formed, so that the surface of the Nb film is oxidized and niobium oxide having a high resistance is formed. Especially SiO 2 When the film was used, the resistance increased because the surface of the Nb film was exposed to a strong oxidizing plasma atmosphere.
[0032]
As an example of an increase in resistance due to thermal oxidation, FIG. 19 shows a change in resistance of the Nb film when the heat treatment temperature is changed (horizontal axis in the figure). The ratio of increase in resistance of the Nb film (vertical axis in the figure) when heat treatment is performed in the atmosphere at each temperature for 1 h using an oven is shown by the ratio of the resistance after heat treatment to the resistance before heat treatment. It can be seen that the resistance of the Nb film starts to increase from around 180 ° C. and rapidly increases when the temperature exceeds 250 ° C. It can be seen that the rate of resistance increase at 300 ° C is approximately 2.5 times, and that at 350 ° C is 4.5 times. This rate of increase in resistance coincides with the tendency of increase in resistance of the Nb electrode wiring observed when the TFT element was actually formed. Increasing the resistance of the wiring of the liquid crystal display device is a big problem. Particularly in the active matrix type liquid crystal display device, increasing the resistance of the electrode wiring is fatal. Unless some measure for improving the heat oxidation resistance of the Nb film is taken, it is difficult to realize wiring using Nb and a metal material mainly containing Nb. As a method for forming an insulating film for TFT, in addition to the plasma CVD method, for example, an inorganic polymer such as perhydropolysilazane soluble in an organic solvent is applied to a substrate by spin coating, SiO 2 2 There is a method of forming a film. Also in the coating method, the baking process of the coating film is indispensable for improving the film characteristics, and similarly, the improvement of the heat resistance and oxidation resistance of the electrode wiring is required.
[0033]
20 to 27, a laminated film structure of a first layer made of Nb or a compound containing Nb as a main component and a second layer made of a nitride of an alloy containing Nb or Nb as a main component is used. The structure and the effect will be described in principle.
[0034]
Hereinafter, “Nb or Nb-based alloy” is referred to as “Nb-based” and “Nb or Nb-based alloy nitride” is referred to as “NbN-based”. Are separated by “/”. In the case where the first layer (lower layer) has an Nb-based stacked film structure and the second layer (upper layer) has an NbN-based stacked film structure, it is described as an Nb-based / NbN-based stacked film in this document.
[0035]
FIG. 20 shows a case in which a SiO 2 nitride film and a Nb film formed on the surface of the Nb film are subjected to plasma nitriding. 2 The resistance change at the time of forming a film is shown.
[0036]
The Nb film was formed by DC magnetron sputtering using a substrate temperature of 130 ° C., an Ar gas flow rate of 60 sccm, a power of 2100 W, a pressure of 0.2 Pa, and a film thickness of 200 nm. It was confirmed that the stress of the Nb film formed under these conditions was almost zero. The surface of the Nb film is N 2 Plasma nitriding was performed with a gas of 200 sccm, a power of 500 W, and a pressure of 27 Pa. Evaluation was performed by changing the plasma nitriding time. SiO 2 The film is formed by RF plasma CVD, the substrate temperature is 330 ° C., and TEOS (tetraethoxysilane): O 2 Gas flow ratio = 15: 3000 sccm, power is 1000 W, pressure is 133 Pa, and film thickness is 300 nm. This is because SiO normally used in the TFT process. 2 This corresponds to the film forming conditions.
[0037]
The horizontal axis in FIG. 20 represents the plasma nitriding time, and the longer the processing time, the thicker the NbN film formed on the surface. The value at the processing time 0 indicates the rate of increase in resistance of the Nb single layer film. The vertical axis in FIG. 20 shows the resistance increase rate as depo. (Deposited) resistance and SiO 2 This is indicated by the ratio to the resistance after film formation. Nb film surface is SiO 2 It can be seen that when the film is exposed to a strong oxidizing plasma atmosphere at 330 ° C., a resistance increase of about 2.5 times is recognized, whereas a film with a treatment time of 30 minutes hardly shows an increase in resistance. Thus, it is understood that the heat-resistant oxidation resistance is greatly improved by adopting the Nb-based / NbN-based laminated film structure as compared with the Nb-based single layer film. As a result, SiO, which is an interlayer insulating film, in a strong oxidation plasma atmosphere without causing an increase in resistance. 2 A film can be formed. The obtained Nb-based / NbN-based laminated film had a high melting point and low stress like the Nb-based single layer film. Therefore, there is no fear of generating hillocks and whiskers as seen in the Al electrode wiring. In addition, SiO 2 Even in the case of forming a film, the effect of improving the heat oxidation resistance was similarly recognized. Specifically, as an example, perhydropolysilazane diluted with cyclohexane is applied and formed by spin coating, and no increase in the resistance of the Nb-based / NbN-based laminated film is observed even after baking in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour. Was confirmed.
[0038]
The upper layer NbN-based film thickness will be described later with reference to FIG. 23, but the effect of improving the heat-resistant oxidation resistance was observed at 5 nm or more, but the effect tends to increase as the film thickness increases. However, since the specific resistance of the NbN-based film is larger than that of the Nb-based film, it is not desirable to make the NbN-based film too thick because it increases the resistance of the Nb-based / NbN-based laminated wiring. The thickness of the NbN film is preferably in the range of 5 nm to 100 nm. On the other hand, if the wiring resistance does not matter at the specific resistance level of the NbN-based film, the lower Nb-based film can be omitted and the wiring can be configured with an NbN-based single layer film.
[0039]
The specific resistance value of the lower Nb-based film is suitably 20 μΩcm or less. Since the Nb film having a resistance higher than this value already contains a large amount of oxygen at the stage of film formation, the effect of the Nb / NbN stacked film is difficult to obtain.
[0040]
Further, as an application of the above-described Nb-based / NbN-based laminated film, as shown in FIGS. 28 and 29, the wiring formed on the insulating film is made of Nb nitride or Nb-based alloy nitride. The third layer 150, the first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component, and the second layer 108 made of a nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component are stacked in this order. There is a structure constituted by the laminated film. In this way, the Nb-based film is not directly contacted on the insulating film, but the NbN-based film is interposed, so that the quality of the Nb film is not deteriorated by oxygen diffusion from the insulating film. In addition, the adhesion between the Nb-based / NbN-based laminated film and the insulating film can be improved by adding the NbN-based film to the lower layer.
[0041]
Similar to the film thickness of the upper NbN film, the thickness of the lower NbN film is suitably in the range of 5 to 100 nm.
[0042]
As a method for forming the Nb-based / NbN-based laminated film, in addition to the above-described means for nitriding the surface of the Nb-based film, a method of devising the sputtering apparatus, such as using a multi-chamber single wafer type sputtering apparatus, can be applied. According to this method, the Nb-based / NbN-based laminated film can be continuously formed, and the increase in the process due to the NbN-based film formation can be suppressed. As another method for forming the Nb-based / NbN-based laminated film, in addition to the above, for example, sputtering is performed using a target made of Nb-based nitride on an Nb-based film formed by sputtering using an Nb-based target. NbN-based films formed by the method may be stacked, or Nb-based targets may be used for sputtering gas. 2 An NbN-based film formed by a reactive sputtering method to which (nitrogen) is added may be stacked. Alternatively, the Nb-based film may be formed by surface-nitriding the Nb-based film by laser annealing in a nitrogen atmosphere. In either case, the Nb-based / NbN-based laminated film can be continuously formed in the same manner, and an increase in the process can be suppressed. Further, not only the Nb film but also a material containing Nb as a main component can form nitrides by the same means, and the same heat-resistant oxidation property can be obtained. FIG. 23 shows the resistance change when the Nb-based / Nb-based laminated film formed by the reactive sputtering method shown in FIGS. 21 and 22 is heat-treated at different heat-treatment temperatures (horizontal axis in FIG. 23: unit ° C.). 23 vertical axis: the ratio of the resistance value after heat treatment divided by the resistance value before heat treatment as the rate of resistance increase. The parameter is the film thickness of the upper NbN. That is, the line ◇ indicates the case where the upper NbN film thickness is 0 nm, that is, there is no upper NbN film. The circles indicate the case where the upper NbN film thickness is 5 nm. The Δ line indicates the case where the upper NbN film thickness is 20 nm. The line □ is the case where the upper NbN film thickness is 40 nm. From FIG. 23, it can be seen that by stacking an NbN film having a thickness of 5 nm or more on the Nb film, sufficient heat-resistant oxidation resistance can be ensured even for heat treatment at 400 ° C. The greater the NbN film thickness, the better the thermal oxidation resistance, but the degree of the effect is moderate. Considering the resistance of the NbN-based film itself, as described above, the NbN-based film thickness applied to the Nb-based / NbN-based laminated wiring is preferably 5 nm or more and 100 nm or less.
[0043]
FIG. 21 shows a method of forming an NbN-based film by using N as a sputtering gas. 2 An example of an NbN-based film obtained by using the reactive sputtering method to which is added is shown. The horizontal axis in FIG. 21 represents N as sputtering gas. 2 N when adding gas 2 / (Ar + N 2 ) Flow rate ratio. The vertical axis in FIG. 21 represents the specific resistance (Ωcm) of the formed film. The substrate temperature is 130 ° C., the total gas flow rate is 60 sccm, the power is 2100 W, and the pressure is 0.5 Pa. Nb-based / NbN-based laminated films that contribute to improved thermal oxidation resistance can be obtained by using N 2 Addition amount is N 2 / (Ar + N 2 ) An NbN film having a flow rate ratio of 0.05 to 0.25 and a specific resistance of the NbN film of 100 to 200 μΩcm (the range indicated by (b) in FIG. 21) was suitable. At this time, N 2 The specific resistance of the Nb film obtained without addition (flow rate ratio = 0) was 18 μΩcm.
[0044]
Next, the structure of the film at each point shown in FIG. 21 was examined by X-ray diffraction. As a result, it was found that the structures were different in the three regions indicated by (a), (b), and (c).
FIG. 22 shows an X-ray diffraction spectrum (representative example) of a nitrided Nb film (NbN film) selected from the three regions (a), (b), and (c) shown in FIG. The vertical axis represents the X-ray diffraction intensity, and the unit is arbitrary units (a.u.). In FIG. 22, the black circles indicate cubic Nb, the open circles indicate crystal peaks from cubic NbN, and the black triangular marks indicate amorphous peaks from the underlying glass substrate. The range (N) shown in FIG. 2 / (Ar + N 2 ) The film obtained with a flow rate ratio of <0.05 and a specific resistance of the NbN film of <100 μΩcm) is N 2 It was found that the Nb single phase or the mixed crystal state of NbN and Nb was caused by insufficient addition of.
[0045]
On the other hand, the optimum range for forming the Nb-based / NbN-based laminated film shown in FIG. 2 / (Ar + N 2 It can be seen that the film obtained at a flow rate ratio of 0.05 to 0.25 and a specific resistance of the NbN film of 100 to 200 μΩcm is composed of only NbN having high crystallinity. The range shown in FIG. 21C, that is, (N 2 / (Ar + N 2 The film obtained with a flow rate ratio of> 0.25 and the specific resistance of the NbN film is> 200 μΩcm) is composed only of NbN. 2 It was found that the film was a film having a small crystal peak and low crystallinity due to excessive addition of. It can be inferred that the difference in the film quality is the cause of the difference in the effect of improving the heat resistance and oxidation resistance when forming the Nb-based / NbN-based laminated film.
[0046]
When a laminated film is used for the gate electrode wiring, it is desirable that the laminated wiring can be etched at a time without increasing the number of processes. Therefore, it is desirable that the Nb-based / NbN-based laminated film can be dry-etched at once even when the Nb-based / NbN-based laminated film is used. Further, as will be described later with reference to FIGS. 6 to 9, in the TFT portion forming the CMOS inverter and the terminal portion of the active matrix, a through hole for forming a contact is formed in the interlayer insulating film 110 on the gate electrode 201. There is a need to. Therefore, the condition is that the interlayer insulating film 110 can be selectively etched on the Nb-based / NbN-based laminated film. As described above, the interlayer insulating film 110 includes SiO. 2 A film or a SiN film is used.
[0047]
FIG. 24 shows a typical SF as an F-based etching gas. 6 Nb, NbN film, SiO when etching using gas 2 The evaluation result of the etching rate of a film | membrane, a SiN film | membrane, and a resist film is shown. The horizontal axis in FIG. 24 indicates the etching time (seconds), and the vertical axis in FIG. 24 indicates the etched film thickness (nm). Nb film, NbN film, SiO 2 The film was formed by the method shown in FIGS. The SiN film is RF plasma CVD, the substrate temperature is 230 ° C., SiH Four (Monosilane): NH Three (Ammonia): N 2 The gas flow rate ratio was 20: 60: 200 sccm, the power was 175 W, and the pressure was 80 Pa. A commercially available positive resist was used as the resist. Etching conditions are
Using an RF parallel plate type reactive ion etching apparatus, power is 500 W, pressure is 27 Pa, SF 6 The gas flow rate was 88 sccm. The etching rate can be obtained from the slope of the etching film thickness with respect to the etching time shown in FIG. Etching rate is SiO 2 (0.2 nm / s) << resist (1.2 nm / s) <Nb system (1.7 nm / s) <NbN system (3.0 nm / s) <SiN (4.2 nm / s) I understand. Thus, it can be seen that the Nb / NbN stacked film can be collectively etched by using the F-based etching gas.
[0048]
However, SiO 2 When the film is used as an interlayer insulating film, SiO 2 Since the etching rate of the film is lower than the etching rate of the NbN-based film and the Nb-based film, it can be understood that the Nb-based / NbN-based stacked film that is the gate electrode wiring is damaged when the through hole is formed. In this regard, SF 6 Instead of CHF Three Is used as an etching gas, so that SiO 2 The film can be selectively etched. On the other hand, the etching rate of the SiN film is larger than the etching rates of the NbN-based film and the Nb-based film, but the selectivity, which is the ratio of the etching speed, is 1.4 at most with respect to the NbN-based film. It can be seen that it is actually difficult to selectively etch the SiN film without damaging the Nb / NbN stacked film.
[0049]
This proves that it is difficult to use a SiN film as an interlayer insulating film. As mentioned above, SF is a typical F-based etching gas. 6 CF instead of gas Four Or CF Four To O 2 Similar results were obtained when using a gas to which was added.
[0050]
Next, FIG. 25 shows Nb, NbN, and SiO. 2 Membrane CHF Three The result obtained by etching with gas is shown. The horizontal axis in FIG. 25 indicates the etching time (minutes), and the vertical axis in FIG. 25 indicates the etched film thickness (nm). Using RF parallel plate type reactive ion etching system, power is 550W, pressure is 6.7Pa, CHF Three The gas flow rate was 55 sccm. From this figure, SiO 2 It can be seen that the Nb-based and NbN-based films are hardly etched with respect to the film etching rate of 23 nm / min. This is CHF Three This is due to the fact that the gas is a highly depositable gas. That is, CHF Three In etching using a gas, a C—F compound is formed together with the generation of F radicals that contribute to etching in plasma, and this is deposited on the surface of the Nb-based or NbN-based film. Therefore, etching is performed on the Nb-based or NbN-based film. Progress stops. On the other hand, SiO 2 On the film, SiO 2 Since oxygen is supplied from the film, deposition of C—F compound does not occur due to oxidative decomposition of C—F compound, and SiO 2 The etching of the film proceeds constantly. Therefore, CHF Three By using gas, SiO on Nb / NbN laminated film 2 The film can be selectively etched. Due to the above-mentioned limitations on dry etching, the interlayer insulating film 110 on the gate electrode wiring 201 is made of SiO. 2 It can be seen that the membrane is suitable.
[0051]
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of the end portion of the etching pattern when the Nb / NbN stacked film is etched using the gas shown in FIG. In FIG. 26, reference numeral 103 denotes a glass substrate, Nb, or a first layer 107 made of an alloy containing Nb as a main component, and a second layer made of an Nb-based film, an Nb nitride and an alloy nitride containing Nb as the main component. An NbN-based film is used as the layer 108, and reference numeral 2401 denotes a resist pattern. As shown in FIG. 26A, it is considered that the NbN-based film 108 is etched isotropically in the film thickness direction and in the lateral direction of the film. Here, as described with reference to FIG. 24, the etching rate a of the upper NbN-based film 108 in the Nb-based / NbN-based laminated film is approximately twice the etching rate b of the Nb-based film 107 (a> b). . Therefore, as shown in FIGS. 26B and 26C, the etching rate in the film thickness direction decreases as soon as the etching progresses to the Nb-based film side past the Nb-based / NbN-based interface. On the other hand, the lateral etching rate of the film is still governed by the etching rate a of the NbN-based film. Finally, as shown in FIG. 26 (d), the etching end portion is processed into a tapered shape having different angles across the Nb-based / NbN-based interface. At this time, the relationship between the angle α formed by the upper NbN-based film and the angle β formed by the lower Nb-based film satisfies α> β. In the actual etching of the Nb-based / NbN-based laminated film, the etching rate in the lateral direction of the film tends to be slightly higher than in the film thickness direction, not the isotropic etching. It was also confirmed by cross-sectional SEM observation that the film was etched into a shape substantially similar to the tapered shape shown in FIG. Such a taper shape can secure good contact characteristics of the drain electrode wiring 203 through the interlayer insulating film 110 and the inter-film insulating film when actually applied to the gate electrode wiring, and can prevent a short circuit between the wirings and a drain disconnection. Defects can be prevented. That is, the wiring end shape shown in FIG. 26 is an indispensable characteristic for the gate electrode wiring.
[0052]
As will be described later with reference to FIGS. 6 to 9, in the TFT portion forming the complementary (CMOS) inverter, it is necessary to form a through-hole contact between the Nb-based / NbN-based laminated film serving as the gate electrode wiring and the drain wiring material. There is.
[0053]
FIG. 27 shows a through-hole of an Nb-based / NbN-based laminated film, a general Cr as a drain wiring electrode material, and an alloy film of Cr and Mo (hereinafter abbreviated as CrMo) as an example of a Cr alloy film. The result of measuring the contact resistance is shown. The horizontal axis of FIG. 27 shows the contact area (μm 2 The vertical axis of FIG. 27 shows the contact resistance (Ω · μm) 2 ). The Cr film was formed using a DC magnetron sputtering method at a substrate temperature of 200 ° C., an Ar gas flow rate of 60 sccm, a power of 4000 W, and a pressure of 0.2 Pa. The CrMo film was formed under the same conditions as the Cr film except that an alloy target having a weight ratio of Cr and Mo of 50:50 was used. In FIG. 27, the ◯ marks indicate the measurement results when the Nb-based / NbN-based stacked film and Cr are used, and the □ marks indicate the measurement results when the Nb-based / NbN-based stacked film and CrMo are displayed. As a guideline for contact resistance specifications, 10 6 Ωμm 2 There is a need to keep it below. From FIG. 27, the contact resistance obtained for any combination of Nb-based / NbN-based laminated film and Cr, Nb-based / NbN-based laminated film and CrMo is a contact area of 25 to 400 μm. 2 In the range of 10 2 Ωμm 2 It can be seen that it is. This is a value 4 digits lower than the target, and it can be seen that the specification is sufficiently satisfied. Therefore, it is concluded that good contact characteristics can be ensured by using a gate electrode wiring as the Nb-based / NbN-based laminated film and a drain electrode wiring material as a Cr and / or Cr alloy film. Further, the contact characteristics are such that at least a portion of the drain electrode wiring or the source electrode wiring that is in contact with the gate electrode wiring made of the Nb-based / NbN-based laminated film is formed of chromium or an alloy film of chromium and molybdenum. If you can get it. Accordingly, if this condition is satisfied, as an application example of the drain electrode wiring or the source electrode wiring, chromium or a laminated film of an alloy film of chromium and molybdenum and another metal film, for example, an aluminum which is a low resistance metal film A laminated film with a niobium alloy film can also be used.
[0054]
Since the wiring structure according to the present invention is excellent in thermal oxidation resistance, if the wiring is a process that is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, the drain electrode wiring, the source electrode wiring, the common electrode, and the common electrode wiring are used. The present invention is also effective when used for a common electrode, a common electrode wiring, etc. In particular, an example in which the present invention is applied to a gate electrode wiring of a TFT substrate will be described below.
[0055]
FIG. 2 is a plan view of a unit pixel of a liquid crystal display device constituted by using a coplanar type TFT according to the present invention. FIGS. 1 and 3 are lines indicated by xx ′ and yy ′ in FIG. It is sectional drawing which follows.
[0056]
As in the comparative example shown in FIG. 14, the basic configuration of the unit pixel of the liquid crystal display device is the gate electrode wiring 202 formed on the glass substrate 103 with the base film 104 and the drain electrode formed so as to intersect this. The wiring 203, the TFT 101 formed near the intersection of these electrode wirings, and the pixel display region 102 are configured. The difference from the comparative example is that, instead of the two-layer gate electrode structure of the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si and the second gate electrode 201 made of Al, in the present invention, Nb or Nb is the main component. A laminated electrode structure composed of a laminated film (Nb-based / NbN-based) of a first layer 107 made of an alloy and a second layer 108 made of a nitride film of the first layer is employed. is there.
[0057]
Therefore, as shown in FIG. 1, the TFT 101 is made of a channel region 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film, a gate insulating film 106 formed on the channel region 105, and Nb or an alloy containing Nb as a main component. A stacked gate electrode 201 composed of a stacked film of a first layer 107 and a second layer 108 made of a nitride film of the first layer; and a drain / source region of the intrinsic polycrystalline Si film 105 A drain electrode 111 and a source electrode 112 are connected to an active layer 109 doped with impurities through a through hole. A pixel electrode 113 is connected to the source electrode 112 of the TFT 101. An interlayer insulating film 110 is formed between the gate electrode wiring and the source / drain electrodes of the TFT 101, and a protective insulating film 114 is formed on the TFT 101 and each wiring. Reference numeral 102 denotes a pixel display area.
[0058]
As in the comparative example, the extended portion of the gate electrode 201 becomes the gate electrode wiring 202 as it is.
[0059]
FIG. 3 shows an intersection of the gate electrode wiring 202 and the drain electrode wiring 203. As described above with reference to FIG. 26, the pattern end portion of the gate electrode wiring 202 made of a laminated film of the first layer 107 containing Nb or Nb as a main component and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer. Is processed into a forward tapered shape. By processing into a taper shape in this way, it is possible to secure good contact characteristics of the interlayer insulating film 110 and the drain electrode wiring 203 on the gate electrode wiring 202, and it is possible to prevent a short circuit between the wirings and a disconnection of the drain electrode wiring 203. Can be prevented. Further, since hillocks and whiskers are not generated as seen in the Al electrode wiring, a short circuit failure due to a short circuit between the wirings can be further reduced.
[0060]
FIG. 4 shows a gate electrode wiring formation process of the embodiment shown in FIGS. The cross-sectional structure for each process is shown. First, as shown in FIG. 4A, an island pattern 401 made of an intrinsic polycrystalline Si film is formed on a glass substrate 103 with a base film 104.
Next, as shown in FIG. 2B, the gate insulating film 106, the first layer 107 made of Nb or an alloy mainly containing Nb, and the second layer 108 made of the first nitride film are formed on the entire surface of the substrate. And a laminated film is formed. The laminated film of the first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer is formed by forming a nitride film with Ar and N 2 The first layer can be continuously formed by using a reactive sputtering method using a mixed gas. Next, as shown in FIG. 3C, the gate insulating film 106 and the first layer 107 made of Nb or an alloy mainly containing Nb, and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer. The stacked gate electrode 201 and the gate insulating film 106 having substantially the same planar shape are obtained by collectively etching the stacked film with the same pattern.
[0061]
As described above with reference to FIG. 24, the laminated film of the first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer is formed of an F-based etching gas. By using this, batch etching can be easily performed.
[0062]
Next, as shown in FIG. 4D, the entire surface of the substrate is doped with phosphorus ions which are N-type dopants. At this time, a channel pattern 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film is formed in a self-aligned manner using the stacked pattern of the gate insulating film 106 and the stacked gate electrode 201 as a mask.
[0063]
Finally, as shown in FIG. 5E, the impurity ions doped by activation annealing are activated to form an active layer 109 serving as a drain / source region. At this time, thermal annealing, laser annealing, or the like is used for the activation annealing. The Nb / NbN laminated film constituting the laminated gate electrode 201 has a high melting point and low stress. Defects such as peeling and cracking of the gate electrode pattern due to the annealing are not caused. In addition, since the gate electrode wiring has a Nb-based / NbN-based laminated film structure, the heat-resistant oxidation resistance against the activation annealing atmosphere is improved. In the subsequent process of forming the interlayer insulating film 110, the resistance of the gate electrode wiring does not increase.
[0064]
Further, the Nb-based / NbN-based laminated film has a remarkably low resistance as compared to 1401 which is a gate electrode made of polycrystalline Si of the comparative example described in FIGS. Only the gate electrode 201 can serve as a signal wiring in the liquid crystal display device. Therefore, the second gate electrode wiring made of the low resistance metal in the comparative example becomes unnecessary. Accordingly, the interlayer insulating film 1501 for preventing contact between the TFT and the second gate electrode wiring film 201 is not necessary, and the gate electrode wiring structure and the total process are greatly simplified. In other words, by applying the laminated gate electrode wiring structure of the present invention, the heat resistance oxidation and workability are excellent, the low resistance and the low stress, while taking advantage of the features of Nb and a metal material mainly composed of Nb. In addition, a simple gate electrode wiring structure excellent in process consistency can be realized. As a result, the cost of the liquid crystal display device can be reduced by greatly simplifying the TFT structure and process.
[0065]
In addition, since a short circuit due to a short circuit between wirings and a disconnection of the drain electrode wiring can be prevented at the intersection of the wirings, the yield of the liquid crystal display device can be improved.
[0066]
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the entire active matrix liquid crystal display device in which a drive circuit configured using a CMOS inverter is integrated on the same substrate 501 together with an active matrix liquid crystal display portion.
[0067]
This liquid crystal display device divides a video signal for one scanning line into a plurality of blocks and supplies them in a time-sharing manner, with an active matrix 50 comprising TFTs as a display unit, a vertical scanning circuit 51 for driving the active matrix 50. And a switch matrix circuit 52 for supplying the video signal to the active matrix side for each divided block. The horizontal scanning circuit 53 for supplying the video signal and the data signal lines Vdr1, Vdg1, Vdb1,. Here, the vertical scanning circuit 51 and the horizontal scanning circuit 53 are configured by shift registers and buffers, and are driven by clock signals CL1, Cl2, and CKV.
[0068]
FIG. 6 is a circuit diagram of a CMOS inverter circuit formed on the substrate. The PMOS and NMOS are configured as shown in the figure, have an input terminal Vin and an output terminal Vout, and are supplied with a reference voltage Vss and a power supply voltage Vdd.
[0069]
FIG. 7 shows a pattern layout of the inverter circuit shown in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line xx ′ in FIG. 7, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line yy ′ in FIG. The CMOS inverter in the present embodiment is composed of a PMOS 701 that is a P-type TFT and an NMOS 702 that is an N-type TFT.
[0070]
As shown in FIG. 8, the gate electrodes 703 and 704 of the two TFTs 701 and 702 are connected to the first wiring electrode 705 integrated with the input terminal Vin via the through hole TH.
[0071]
Further, as shown in FIG. 9, an electrode for supplying the reference voltage Vss and the power supply voltage Vdd to the circuit and an output terminal Vout connected to the drain electrodes of the two TFTs are formed by the second wiring electrode 706. The output terminal Vout becomes the input voltage of the shift register corresponding to the next-stage scanning line.
[0072]
At this time, both of the wiring electrodes 705 and 706 are made of the same layer and the same material as the drain electrode wiring of the TFT. Therefore, on the input terminal Vin side, good through-hole contact characteristics between the wiring electrode 705 and the TFT gate electrodes 703 and 704, that is, the drain electrode wiring material and the gate electrode wiring material must be ensured. By using the laminated gate electrode wiring structure for the TFT constituting the P-type transistor PMOS701 and the N-type transistor NMOS702, specifically, the gate electrodes 703 and 704 are made of Nb or a first alloy made of Nb as a main component. The layer 107 and the second layer 108 made of the first layer nitride film are formed, and the wiring electrodes 705 and 706 are formed of the drain electrode wiring material Cr or an alloy film of Cr and Mo. Will be. The interlayer insulating film 110 on the gate electrodes 703 and 704 is made of SiO. 2 It will consist of a membrane.
[0073]
Also in this case, the gate electrodes 703 and 704 are constituted by an Nb-based / NbN-based laminated film structure, and sufficient heat-resistant oxidation resistance is guaranteed. Therefore, SiO 2 After the interlayer insulating film 110 made of a film is formed, the gate electrode wiring resistance does not increase.
[0074]
Further, as shown in FIG. 27, the through-hole contact resistance between the laminated film of Nb and Nb nitride and Cr or CrMo is sufficiently low. Therefore, in the connection between the wiring electrode 705 and the TFT gate electrodes 703 and 704, good through-hole contact characteristics can be ensured.
[0075]
Further, as described above with reference to FIG. 25, since the interlayer insulating film 110 can be selectively etched on the gate electrodes 703 and 704, the underlying gate electrodes 703 and 704 are not damaged in the through-hole forming step. As a result, a CMOS inverter having a simple structure and good characteristics can be obtained, so that peripheral circuits can be easily built in, and the liquid crystal display device can be greatly improved in performance and cost. In the above embodiment, as the drain electrode and the drain electrode wiring material, Cr or an alloy film of Cr and Mo is used, but the portion in contact with the gate electrode and the gate electrode wiring is Cr, or Cr and Mo. The drain electrode and drain electrode wiring structure in which a second layer made of an aluminum alloy film, which is a low-resistance metal film, is laminated on the first layer made of an alloy film of A drain electrode and a drain electrode wiring with low wiring resistance can be obtained.
[0076]
In the above embodiment, the entire structure is formed using a coplanar type TFT, but the TFT may be an inverted stagger type or a normal stagger type. In the above embodiment, the entire structure is configured using a vertical electric field type TFT. However, a lateral electric field type TFT in which an electric field is applied in the horizontal direction between the common electrode formed on the same substrate as the source electrode of the TFT. You may comprise using. The present invention can be similarly applied to the case where amorphous Si is used in place of intrinsic polycrystalline Si for the channel semiconductor layer of the TFT. In the following embodiment, the present invention is applied to an inverted staggered amorphous Si-TFT.
[0077]
FIG. 10 is a plan view of a unit pixel of an active matrix liquid crystal display device according to the present invention configured using inverted staggered TFTs.
[0078]
11 and 12 are cross-sectional views taken along lines xx ′ and yy ′ in FIG. 10, respectively.
[0079]
The basic configuration of the present liquid crystal display device is that a gate electrode wiring 202 formed on a glass substrate 103 with a base film 104, a drain electrode wiring 203 formed so as to intersect with the gate electrode wiring 202, and the vicinity of the intersection of these electrode wirings , The pixel display region 102, and the additional capacitor 1001.
[0080]
1 to 4 are different from the coplanar TFT embodiment described above in that the TFT 101 is formed of an inverted staggered TFT, and the channel region 105 and the active layer 109 in which the drain and source regions are doped with impurities. It is composed of amorphous Si, and the gate insulating film is SiO. 2 That is, the first gate insulating film 1101 made of a film and the second gate insulating film 1102 made of a SiN film are used.
[0081]
In an amorphous Si TFT, a SiN film is usually used as a gate insulating film in order to ensure the stability of the interface between amorphous Si as a channel layer and the gate insulating film.
[0082]
However, if the gate insulating film is composed of a single layer of SiN, as described above, the first layer 107 made of Nb located under the gate insulating film or an alloy containing Nb as a main component and the nitride film of the first layer A gate insulating film made of a SiN film may be selectively etched on the laminated gate electrode and gate electrode wiring 201 and 202 formed of a laminated film (Nb / NbN series) with the second layer 108 made of It becomes difficult.
[0083]
Therefore, in the embodiment, as described above, SiO 2 A laminated gate insulating film structure of a first gate insulating film 1101 made of a film and a second gate insulating film 1102 made of a SiN film is employed, and the selective etching characteristics of the gate electrode and the gate electrode wiring 201 and 202 are SiO 2 The first gate insulating film 1101 made of a film ensures the stability of the interface with the channel layer 105 by the second gate insulating film 1102 made of a SiN film.
[0084]
Also at this time, the gate electrode and gate electrode wiring 201 and 202 have a sufficient heat-resistant oxidation property by being configured with an Nb / NbN-based laminated film structure. Therefore, SiO 2 The gate electrode wiring resistance does not increase after the first gate insulating film 110 made of a film is formed.
[0085]
FIG. 12 shows an intersection of the gate electrode wiring 202 and the drain electrode wiring 203. By applying the present invention, the pattern end portion of the gate electrode wiring 202 made of Nb or a laminated film of the first layer 107 mainly composed of Nb and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer. Is processed into a forward tapered shape, so that SiO on the gate electrode wiring 202 is 2 The first gate insulating film 1101 made of a film, the second gate insulating film 1102 made of a SiN film, and the drain electrode wiring 203 can be secured with good contact characteristics. Can be prevented. Needless to say, the occurrence of hillocks and whiskers as seen in the Al electrode wirings can be prevented, so that a short circuit failure due to a short circuit between the wirings can be prevented. FIG. 13 is a schematic sectional view of an active matrix type liquid crystal display device according to the present invention. A gate electrode wiring (scanning signal wiring) 202 and a drain electrode wiring (video signal wiring) 203 are formed in a matrix on the glass substrate 103 below the liquid crystal layer 1302, and ITO is formed by TFTs formed in the vicinity of the intersection. The pixel electrode 113 is driven. A counter electrode 1306 made of ITO, a color filter 1304, a color filter protective film 1307, and a light shielding film 1308 for forming a light shielding black matrix pattern are formed on a counter glass substrate 1305 facing each other across the liquid crystal layer 1302.
[0086]
The central part of FIG. 13 is a cross section of one pixel portion, the left side is a cross section of the left edge portion of the pair of glass substrates 103 and 1305 and the portion where the external lead terminal is present, and the right side is a right edge of the pair of glass substrates 103 and 1305. The cross section of the part which does not have an external extraction terminal in the part is shown.
[0087]
The sealing material SL shown on each of the left and right sides in FIG. 13 is configured to seal the liquid crystal layer 1302 and extends along the entire edges of the glass substrates 103 and 1305 excluding the liquid crystal sealing port (not shown). Is formed. The sealing agent is made of, for example, an epoxy resin. At least one counter electrode 1306 on the counter glass substrate 1305 side is connected to an external lead wiring formed on the glass substrate 103 by a silver paste material SIL. The external lead wiring is formed in the same manufacturing process as each of the gate electrode wiring 202, the source electrode 112, and the drain electrode wiring 203. Therefore, for example, the external lead wiring of the gate electrode wiring 202 can be specifically configured by the Nb / NbN stacked film structure of the present invention. Each external lead wiring is connected to an external drive circuit of a TCP (Tape Carrier Package) or COG (Chip On Glass) connection system via an anisotropic conductive film (ACF). Alignment film ORI1, ORI2, pixel electrode 113, protective film 114, interlayer insulating film 110, SiO 2 Each layer of the gate insulating film 106 made of is formed inside the sealing material SL. The polarizing plates 1301 are formed on the outer surfaces of the pair of glass substrates 103 and 1305, respectively.
[0088]
The liquid crystal layer 1302 is sealed between a lower alignment film ORI1 that sets the orientation of liquid crystal molecules and an upper alignment film ORI2, and is sealed with a seal material SL. The lower alignment film ORI1 is formed on the protective insulating film 114 on the glass substrate 103 side. On the inner surface of the counter glass substrate 1305, a light shielding film 1308, a color filter 1304, a color filter protective film 1307, a counter electrode 1306, and an upper alignment film ORI2 are sequentially stacked. This liquid crystal display device is assembled by separately forming layers on the glass substrate 103 side and the counter glass substrate 1305 side, and then overlaying the upper and lower glass substrates 103 and 1305 and enclosing the liquid crystal 1302 therebetween. A TFT drive type color liquid crystal display device is configured by adjusting the transmission of light from the backlight BL at the pixel electrode 113 portion.
[0089]
Thus, as the gate electrode (scanning signal wiring) 201 and the gate electrode wiring 202, a laminated gate electrode wiring structure of Nb or an alloy mainly containing Nb and a nitride of an alloy mainly containing Nb or Nb is used. Active matrix type liquid crystal display device with excellent throughput and yield because it can easily realize a simple gate wiring structure with excellent thermal oxidation resistance and workability, low resistance, low stress and excellent process consistency. Can be realized easily.
[0090]
In addition, since it is easy to incorporate peripheral circuits, the liquid crystal display device can be greatly improved in performance and cost. Further, in the above embodiment, the entire structure is configured using the vertical electric field type TFT, but the same applies to the case where the horizontal electric field type TFT having the common electrode and the common electrode wiring is used.
[0091]
The TFT may be a coplanar type, an inverted staggered type, or a normal staggered type, but in particular, in a coplanar type element, the parasitic capacitance between the gate and the source or drain can be reduced, so that higher speed operation is possible. This is advantageous for a peripheral circuit built-in type liquid crystal display device.
[0092]
The present invention is also applicable to a non-peripheral circuit built-in type liquid crystal display device using amorphous Si instead of intrinsic polycrystalline Si for the TFT channel semiconductor layer.
[0093]
In the above-described embodiments, only the case where the stacked structure of Nb / NbN or NbN / Nb / NbN is applied to the gate electrode and the gate electrode wiring is shown. However, the drain electrode wiring, the source electrode, the common electrode, and the common electrode wiring are provided. Even when applied to the common electrode and the common electrode wiring, effects such as heat oxidation resistance, good matching with the insulating film, and good through-hole contact characteristics through the insulating film can be obtained.
[0094]
Examples of alloys containing Nb as a main component and nitrides of alloys containing Nb as a main component include, for example, Nb alloys containing W, Mo, Ti, V, Si, etc. in a range of several percent or less, and these There are nitrides of Nb alloys.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily obtain a wiring excellent in heat and oxidation resistance, and to realize a high-performance and low-cost liquid crystal display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention configured using a coplanar type TFT, and is a cross-sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG.
FIG. 2 is a plan view of a unit pixel of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention configured using a coplanar TFT.
3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention configured using a coplanar TFT, and is a cross-sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG.
4 is a cross-sectional view for each step of the gate electrode wiring shown in FIG. 2;
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an entire active matrix liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention in which a drive circuit configured using a CMOS inverter is integrated on the same substrate together with a display unit.
FIG. 6 is a configuration diagram of a CMOS inverter circuit according to an embodiment of the present invention.
7 is a pattern layout diagram of the inverter circuit shown in FIG. 6;
8 is a cross-sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG.
9 is a cross-sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG.
FIG. 10 is a plan view of a unit pixel of an active matrix liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention configured by using an inverted staggered TFT.
11 is a sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG. 10;
12 is a sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view of a unit pixel of an active matrix liquid crystal display device of a comparative example of the present invention configured using a coplanar TFT.
15 is a sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG. 14;
16 is a cross-sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG.
17 is a cross-sectional view taken along the line zz ′ shown in FIG. 14;
18 is a cross-sectional view for each step of forming a gate electrode wiring of the comparative example of the present invention shown in FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a change in resistance of an Nb film when heat treatment is performed at different heat treatment temperatures.
FIG. 20 is a diagram showing a change in resistance when an Nb film subjected to surface plasma nitriding is heat-treated.
FIG. 21 N 2 The figure which shows the resistance characteristic of the nitride Nb film | membrane (NbN type | system | group) formed by changing addition amount.
FIG. 22 shows N shown in FIG. 2 The X-ray-diffraction spectrum of the Nb nitride film (NbN type) formed by changing the addition amount.
FIG. 23 is a diagram showing a change in resistance of an Nb-based / NbN-based laminated film when heat treatment is performed at different heat treatment temperatures.
FIG. 24 SF 6 Nb, NbN, SiO when etched using 2 The figure which plotted the relationship between the etching time of SiN and a resist film, and an etching film thickness.
FIG. 25: CHF Three Nb, NbN, and SiO when etched using 2 The figure which plotted the relationship between the etching time of a film | membrane, and an etching film thickness.
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of an end portion of a wiring pattern of an Nb-based / NbN-based laminated film.
FIG. 27 is a diagram showing through-hole contact resistance between an Nb-based / NbN-based laminated film and Cr or CrMo.
FIG. 28 is a wiring cross-sectional view of an NbN-based / Nb-based / NbN-based laminated film.
FIG. 29 is a wiring cross-sectional view of an NbN-based / Nb-based / NbN-based laminated film.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Active matrix, 51 ... Vertical scanning circuit, 52 ... Switch matrix circuit, 53 ... Horizontal scanning circuit, 101 ... TFT, 102 ... Pixel display area, 103 ... Glass substrate, 104 ... Base film, 105 ... Channel area of TFT, 106... Gate insulating film, 107... Nb, or first layer made of Nb-based alloy, 108... Nb nitride and second layer made of Nb-based alloy nitride, 109 ... active layers doped with impurities in drain / source regions, 110, 1501 ... interlayer insulating film, 111 ... drain electrode, 112 ... source electrode, 113 ... pixel electrode, 114 ... protective insulating film, 201 ... gate electrode, 202 ... gate Electrode wiring, 203... Drain electrode wiring, 401... Island pattern made of intrinsic polycrystalline Si film, 701... PMOS, 70 ... NMOS, the gate electrode of the 703 and 704 ... TFT, 705 ... first wiring electrode, 706 ... second wiring electrodes, 1001 ... additional capacitor, 1101 ... SiO 2 First gate insulating film made of film, 1102... Second gate insulating film made of SiN film, 1302... Liquid crystal layer, 1304... Color filter, 1305. , 1308... Shading film, 1401... First gate electrode made of a polycrystalline Si film doped with impurities, 1801... Amorphous Si film, TH... Through-hole TH, SL. ... Alignment film, BL ... Backlight BL.

Claims (14)

一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持される液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する配線と、Wiring disposed on one of the pair of substrates;
前記配線上に配置する絶縁膜とを有し、An insulating film disposed on the wiring,
前記配線は、Nb若しくはNbを主成分とする合金で構成される第1の層と、The wiring includes a first layer made of Nb or an alloy mainly containing Nb,
Nbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成され、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層とで構成される液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component, and comprising a second layer disposed between the first layer and the insulating film.
一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持される液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する配線と、Wiring disposed on one of the pair of substrates;
前記配線上に配置する絶縁膜とを有し、An insulating film disposed on the wiring,
前記配線は、Nb若しくはNbを主成分とする合金で構成される第1の層と、The wiring includes a first layer made of Nb or an alloy mainly containing Nb,
Nbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成され、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層と、A second layer composed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component, and disposed between the first layer and the insulating film;
Nbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成され、前記一方の基板と前記第1の層との間に配置する第3の層とで構成される液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising a third layer disposed between the one substrate and the first layer, which is composed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component.
請求項1又は2において、前記絶縁膜は酸化シリコン膜からなることを特徴とする液晶表示装置。3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the insulating film is made of a silicon oxide film. 請求項1において、前記第1の層と前記第2の層は同一のパターンで一括エッチングされていることを特徴とする液晶表示装置。  2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the first layer and the second layer are collectively etched with the same pattern. 請求項において、前記第1の層,前記第2の層、及び第3の層が同一のパターンで一括エッチングされていることを特徴とする液晶表示装置。3. The liquid crystal display device according to claim 2 , wherein the first layer, the second layer, and the third layer are collectively etched with the same pattern. 請求項1において、前記配線の端部は順テーパー形状であることを特徴とする液晶表示装置。  The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an end portion of the wiring has a forward tapered shape. 請求項1において、前記第1の層の比抵抗は20μΩcm以下であって、前記第2の層の比抵抗は100〜200μΩcmの範囲であることを特徴とする液晶表示装置。  2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the specific resistance of the first layer is 20 [mu] [Omega] cm or less, and the specific resistance of the second layer is in the range of 100 to 200 [mu] [Omega] cm. 請求項1において、前記第2の層の膜厚は5〜100nmであることを特徴とする液晶表示装置。  2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the second layer is 5 to 100 nm. 一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持された液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する複数のゲート電極配線と、A plurality of gate electrode wirings disposed on one of the pair of substrates;
前記複数のゲート電極配線に交差するように形成された複数のドレイン電極配線と、A plurality of drain electrode wirings formed to intersect the plurality of gate electrode wirings;
前記ゲート電極配線と前記ドレイン電極配線との交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタと、A plurality of thin film transistors formed corresponding to intersections of the gate electrode wiring and the drain electrode wiring;
前記複数の薄膜トランジスタに対応して形成された複数のソース電極とを有し、A plurality of source electrodes formed corresponding to the plurality of thin film transistors,
前記複数のゲート電極配線,ドレイン電極配線又はソース電極の少なくとも1つの配線上に絶縁膜が配置し、An insulating film is disposed on at least one of the plurality of gate electrode wirings, drain electrode wirings or source electrodes;
前記絶縁膜の配置する配線は、NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層と、NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなり、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層とで構成される液晶表示装置。The wiring on which the insulating film is arranged is made of Nb or a first layer made of an alloy containing Nb as a main component, and a nitride of an alloy containing Nb or Nb as a main component, and the first layer and the insulating film And a second layer disposed between the liquid crystal display device and the liquid crystal display device.
一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持された液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する複数のゲート電極配線と、A plurality of gate electrode wirings disposed on one of the pair of substrates;
前記複数のゲート電極配線に交差するように形成された複数のドレイン電極配線と、A plurality of drain electrode wirings formed to intersect the plurality of gate electrode wirings;
前記ゲート電極配線と前記ドレイン電極配線との交点に対応して形成された複数の薄膜トランジスタと、A plurality of thin film transistors formed corresponding to intersections of the gate electrode wiring and the drain electrode wiring;
前記複数の薄膜トランジスタに対応して形成された複数のソース電極とを有し、A plurality of source electrodes formed corresponding to the plurality of thin film transistors,
前記複数のゲート電極配線,ドレイン電極配線又はソース電極の少なくとも1つの配線上に絶縁膜が配置し、An insulating film is disposed on at least one of the plurality of gate electrode wirings, drain electrode wirings or source electrodes;
前記絶縁膜の配置する配線は、NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層と、NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなり、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層と、The wiring on which the insulating film is arranged is made of Nb or a first layer made of an alloy containing Nb as a main component, and a nitride of an alloy containing Nb or Nb as a main component, and the first layer and the insulating film A second layer disposed between and
Nbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成され、前記一方の基板と前記第1の層との間に配置する第3の層とで構成される液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising a third layer disposed between the one substrate and the first layer, which is composed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component.
請求項9又は10において、前記絶縁膜は酸化シリコン膜からなることを特徴とする液晶表示装置。 11. The liquid crystal display device according to claim 9, wherein the insulating film is made of a silicon oxide film. 請求項11において、前記酸化シリコン膜は前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の少なくとも一部であることを特徴とする液晶表示装置。12. The liquid crystal display device according to claim 11 , wherein the silicon oxide film is at least a part of a gate insulating film of the thin film transistor. 一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持された液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する共通電極と、A common electrode disposed on one of the pair of substrates;
前記共通電極上に配置する絶縁膜とを有し、An insulating film disposed on the common electrode;
前記共通電極は、NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層と、The common electrode includes Nb or a first layer made of Nb as a main component, and
NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなり、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層とで構成される液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component and including a second layer disposed between the first layer and the insulating film.
一対の基板と、A pair of substrates;
前記一対の基板に挟持された液晶層と、A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
前記一対の基板の一方の基板に配置する共通電極と、A common electrode disposed on one of the pair of substrates;
前記共通電極上に配置する絶縁膜とを有し、An insulating film disposed on the common electrode;
前記共通電極は、NbまたはNbを主成分とする合金からなる第1の層と、The common electrode includes Nb or a first layer made of Nb as a main component, and
NbまたはNbを主成分とする合金の窒化物からなり、前記第1の層と前記絶縁膜との間に配置する第2の層と、A second layer made of Nb or a nitride of an Nb-based alloy and disposed between the first layer and the insulating film;
Nbの窒化物若しくはNbを主成分とする合金の窒化物で構成され、前記一方の基板と前記第1の層との間に配置する第3の層とで構成される液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising a third layer disposed between the one substrate and the first layer, which is composed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component.
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