JP4190259B2 - アクティブマトリクス基板、その製造方法および表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス基板、その製造方法および表示装置に関する。本発明のアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置、無機EL表示装置、プラズマディスプレイパネル(PDP)、真空蛍光表示(VFD)装置、電子ペーパーなどの各種表示装置に適用することができる。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1には、アルミニウムなどからなるゲート電極線にテーパーエッチを施したTFT(Thin Film Transistor)アレイが開示されている。このTFTアレイによれば、低抵抗化を図るために、ゲート電極線を厚膜とした場合でも、ゲート電極線上に形成されるソース電極線の断線、ゲート電極線とソース電極線との間の短絡を防止することができる。
【0003】
【特許文献1】
特開昭61−272776号公報
【0004】
また、特許文献2には、側壁上部がテーパーを有するアルミニウム配線パターンが開示されている。この配線パターン上にシリコン酸化膜等を形成した場合に、優れたカバレッジを実現することができる。
【0005】
【特許文献2】
特開平3−257925号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載のゲート電極線や特許文献2に記載の配線パターンは、アルミニウムがテーパー部で必ず露出する構造であるので、プラズマ化学気相成長法によりゲート絶縁膜を形成する際に、アルミニウムのテーパー部からヒロック(突起)が発生する。ヒロックが発生すると、絶縁膜の絶縁性が低下する。
【0007】
また、テーパー状の配線が、アルミニウム層の上層に他の層が成膜された多層構造である場合、アルミニウムの熱シュリンクによって、配線がテーパー状からキノコ状に変形して、ステップカバレッジを維持できなくおそれがある。したがって、製造歩留りが低下して、製造コストが上昇するおそれがある。
【0008】
本発明は、ヒロック発生を防止すること、さらに良好なステップカバレッジを維持することによって、アクティブマトリクス基板を歩留り良く製造することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリクス基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に設けられたゲート配線と、前記ゲート配線と電気的に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して形成された半導体層と、前記半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と電気的に接続されたソース配線と、前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極とを有し、前記画素電極がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板であって、前記ゲート配線および/または前記ゲート電極は、アルミニウム以外の金属を含有する第1層、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第2層およびアルミニウム以外の金属を含有する第3層が順次積層された構造を有するテーパー状であり、側面に炭素およびフッ素を含有する重合物が形成されている。
【0010】
前記第1層はチタン層であり、前記第3層は窒化チタン層であることが好ましい。
【0011】
本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、本発明のアクティブマトリクス基板を製造する方法であって、前記絶縁性基板上に、アルミニウム以外の金属を含有する第1膜、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第2膜およびアルミニウム以外の金属を含有する第3膜が順次積層された構造を有する積層膜を形成する工程と、前記積層膜をプラズマエッチングによりエッチングして、前記ゲート配線および前記ゲート電極を形成する工程と、フッ素系ガスおよび酸素ガスに晒すことによって、前記ゲート配線および前記ゲート電極それぞれの側面に前記重合物を形成する工程とを含む。
【0012】
本発明の表示装置は、本発明のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向電極の間隙に介在する表示媒体層とを有する。「表示媒体層」とは、互いに対向する電極間の電位差により光透過率が変調される層、または互いに対向する電極間を流れる電流により自発光する層である。表示媒体層は、例えば液晶層、無機または有機EL層、発光ガス層、電気泳動層、エレクトロクロミック層などである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0014】
(実施形態1)
図1は、本実施形態のアクティブマトリクス基板を模式的に示す部分的な平面図である。本実施形態のアクティブマトリクス基板は、ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁性基板上に形成され、マトリクス状に配置された複数のTFTを有する。TFTは、ゲート電極21、ゲート電極21を覆うゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上に形成されたシリコンなどの半導体層41、半導体層41上にそれぞれ形成されたソース電極61aおよびドレイン電極61bから主として構成されている。
【0015】
TFTのゲート電極21は、互いに平行で行方向に延びる複数の走査(ゲート)配線22と電気的に接続され、TFTのソース電極61aは、互いに平行で列方向に延びる複数の映像(ソース)配線61と電気的に接続されている。TFTのドレイン電極61bは、コンタクトホール12において画素電極9と電気的に接続されている。
【0016】
本実施形態のアクティブマトリクス基板を製造する工程のうち、まずゲート電極21の形成工程について説明する。なお、ゲート配線22とゲート電極21とは、ともに同じ工程により形成されるので、説明を簡略化するために、ゲート配線22の形成工程の説明を省略する。
【0017】
図2(A)〜図2(F)は、ゲート電極21の形成工程を説明するための模式的な断面図である。まず、ガラスなとからなる絶縁性基板5(図2(A))上に、スパッタ法により、第1層としてチタン(Ti)薄膜4、第2層としてアルミニウム合金薄膜3、第3層として窒化チタン(TiN)薄膜2を順次に形成する(図2(B))。アルミニウム合金としては、AlNdやAlScなどが挙げられる。また、アルミニウム合金に代えて、アルミニウムを用いても良い。ただし、ヒロック発生防止の観点からは、アルミニウムよりもアルミニウム合金を用いるのが望ましい。
【0018】
アルミニウム合金薄膜3の下にTi薄膜4を形成するのは、アルミニウムのヒロック発生防止のためである。また、絶縁性基板5上にアルミニウム合金薄膜3を直接成膜した場合、結晶粒が無秩序状態となり、ヒロックの発生し易い膜となるからである。
【0019】
アルミニウム合金薄膜3の上にTiN薄膜2を形成するのは、アルミニウム合金薄膜3のキャップメタルとして、アルミニウムのヒロック発生防止のためである。また、窒化シリコン膜等のゲート絶縁膜との密着性を向上させるためである。
【0020】
次に、スピンコート法によって、ポリイミド系樹脂からなるレジストを厚さ2.1 μmに塗布し、加熱温度(95〜120 ℃)でベークし、加熱硬化させる。さらに、露光工程、現像工程を経て、マスクパターンであるレジスト1を形成する(図2(C))。本実施形態では、マスクパターンの線幅を13.5μmとした。また、レジスト1の膜厚は1.8 μmとした。
【0021】
レジスト1をマスクとし、リアクティブイオンエッチング装置(平行平板型の高周波プラズマエッチング装置)を使用して、プラズマエッチングを行う。これによって、TiN/Al合金/Tiの積層膜からなるテーパー状のゲート電極21が形成される(図2(D))。
【0022】
このとき、エッチングガスとして、塩素を含む混合ガスを用いる。さらに、同装置を用いて、連続してフッ素系ガス(CF4 )および酸素ガス(O2 )の混合ガスに晒すことにより、ゲート電極21の上層メタル(TiN)2をエッチングするとともに、積層構造を有するゲート電極21の側壁(以下、「テーパー側壁」ともいう。)に、炭素およびフッ素を含有する重合物6を付着させる(図2(E))。この重合物6は、エッチングにより混合ガス中に含まれていたTiも含有する。重合物6の膜厚は、50nm以上が好ましい。なお、重合物6中の元素は、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)などを用いた成分解析により確認することができる。
【0023】
ゲート電極21のテーパー側壁に重合物6を形成することによって、アルミニウムの熱シュリンクによるステップカバレッジ悪化を防止することができる。具体的には、アルミニウムの熱シュリンクが生じて、重合物6の下のアルミニウム合金薄膜3が凹んだ場合でも、重合物6の形成によって、テーパー形状(台形状)が維持される。したがって、ゲート電極21上に形成されるソース電極61a等の断線を防止することができる。また、重合物6の形成によって、テーパー部でアルミニウムが露出しなくなるので、キャップメタルと同様の効果により、アルミニウムからのヒロックの発生を防止することができる。
【0024】
フッ素系ガスと酸素ガスとの混合比は、20/100程度である。本実施形態では、エッチングガス流量をCF4 ガス/酸素ガス=300/300(sccm)とし、反応圧力は50mTorr とした。また、RF(高周波)電力は1000Wとした。なお、「sccm」とは、0℃において毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
【0025】
本実施形態では、フッ素系ガスとしてCF4 ガスを用いたが、CHF3 などの他のフルオロカーボンを用いても良く、また2種以上のフルオロカーボンを混合した混合ガスを用いても良い。
【0026】
レジスト剥離工程(図2(F))において、レジスト1を剥離して、ゲート配線22およびこれと電気的に接続されるゲート電極21が形成される。このように、塩素系ガスによるエッチングの後、同一チャンバーにおいて、フッ素系ガスと酸素ガスとのプラズマ処理により、上層金属をエッチングし、テーパー側壁に重合物6をデポジションさせる。これにより、テーパー形状の維持、ヒロック発生防止、良好なステップカバレッジの維持が達成される。
【0027】
図3(A)〜図3(E)は、アクティブマトリクス基板を製造する工程を模式的に示す、図1中のA−A’線断面図であり、ゲート電極21およびゲート配線22の形成後の工程を示している。プラズマCVD法を用いて、膜厚410nm程度の窒化シリコン膜(保護膜)31、真性アモルファスシリコン膜41、リン(P)をドープしたn+ アモルファスシリコン膜51を形成した後、フォトリソ法により、ゲート電極21上に真性アモルファスシリコン層41およびn+ アモルファスシリコン層51が積層された島状パターンを形成する(図3(A))。
【0028】
スパッタ法により、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)薄膜をこの順に連続成膜し、フォトリソ法により、ソース配線61およびそれと電気的に接続されるソース電極61a、ドレイン電極61bを形成する。さらに、窒化シリコン膜(保護膜)7を基板全面に形成する(図3(B))。ソース電極61aとドレイン電極61bは、ゲート電極21上に形成される前記島状パターンと、その一部が重畳するように形成される。これにより、薄膜トランジスタ100が形成される。
【0029】
スピンコート法により、アクリル系感光性樹脂を塗布し、マスクによる露光によって、ドレイン電極61b上の層間絶縁膜8にコンタクトホール12を形成する(図3(C))。層間絶縁膜8をマスクとして、コンタクトホール12内で露出した保護膜7をエッチングする(図3(D))。
【0030】
スパッタ法により、透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide)を成膜し、フォトリソ法によりパターニングを行って、画素電極9を形成する。画素電極9は、コンタクトホール12においてドレイン電極61bと接続されている。
【0031】
さらに、図示しないが、プラズマCVD法により、窒化シリコン膜を形成し、その上にポリイミドからなる配向膜を形成する。配向膜には、ラビング法による配向処理が施される。以上の工程により、本実施形態のアクティブマトリクス基板が製造される。
【0032】
本実施形態のアクティブマトリクス基板によれば、ゲート電極21のテーパー側壁に重合物6が形成されているので、アルミニウムの熱シュリンクが生じても、テーパー形状が維持される。これにより、ゲート電極21上に形成されたソース電極61aやドレイン電極61bの断線を防止することができる。また、アルミニウムからのヒロック発生が防止されるので、半導体層41などへのリークを防止することができる。したがって、本実施形態のアクティブマトリクス基板を歩留り良く製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【0033】
本実施形態では、第1層としてチタン(Ti)薄膜4を形成しているが、アルミニウム以外の金属を含有する層であれば、チタン薄膜4に限定されない。例えば、タンタル、モリブデンなどを含有する層を第1層として形成しても良い。
【0034】
また、本実施形態では、第3層として窒化チタン(TiN)薄膜2を形成しているが、アルミニウム以外の金属を含有する層であれば、窒化チタン薄膜2に限定されない。例えば、チタン(Ti)薄膜や、タンタルなどを含有する層を第3層として形成しても良い。
【0035】
(実施形態2)
次に、本発明の表示装置について説明する。本発明の表示装置は、表示媒体として液晶材料などの光学媒体を採用した表示装置、例えば、液晶表示装置、プラズマ表示装置(PDP) 、無機または有機のEL表示装置、エレクトロクロミック表示装置(ECD)、電気泳動表示装置などの表示装置に適応できる。本実施形態では、アクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置(LCD)について説明する。
【0036】
図4は、アクティブマトリクス型LCDの構造を示す斜視図である。アクティブマトリクス型LCDは、アクティブマトリクス基板20と、これに対向する対向基板30と、両基板20,30に挟持された液晶層40とを有する。
【0037】
アクティブマトリクス基板20の外側面には、偏光板28が積層されている。対向基板30は、ガラスなとからなる絶縁性基板32上に、カラーフィルタ層(遮光膜を含む)33と、対向電極34とを有し、絶縁性基板32の外側面には、偏光板35が積層されている。また、両基板20,30の液晶層40側には、配向層29,36がそれぞれ形成され、配向処理が施されている。
【0038】
画素電極9は信号電圧が与えられるソース配線61にTFT100を介して接続されている。TFT100はゲート配線22から与えられる走査信号によって、そのスイッチングが制御される。走査信号によってON状態とされたTFT100に接続されている画素電極9に信号電圧が印加される。マトリクス状に配列された画素電極9と対向電極34とに印加される電圧によって、画素ごとに液晶層40の透過率が変化して、階調表示を行うことができる。
【0039】
なお、本実施形態の液晶表示装置は、画素電極9としてITOなどの透明電極を用いた透過型液晶表示装置であるが、画素電極9としてアルミニウムなどの反射電極を用いれば反射型液晶表示装置とすることができる。
【0040】
本実施形態のアクティブマトリクス型LCDの製造工程について簡単に説明する。アクティブマトリクス基板20または対向基板30のいずれか一方の基板面に、印刷法により、開口を有するシール材を形成する。シール材を介して両基板20,30を貼り合わせた後、シール材の開口から液晶材料を注入し、シール材の開口を封止する。両基板20,30の外側面に、偏光板28,35をそれぞれ貼り付けることにより、本実施形態のLCDが製造される。
【0041】
【発明の効果】
本発明のアクティブマトリクス基板によれば、ゲート配線および/またはゲート電極のテーパー側壁からのヒロック発生を防止することができるので、上層の半導体層等とのリークを防止することができる。また、ゲート配線および/またはゲート電極は、良好なステップカバレッジを維持することができるので、ソース電極やドレイン電極の断線を防止することができる。したがって、歩留り良く製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【0042】
また、本発明の表示装置は、本発明のアクティブマトリクス基板を有するので、アクティブマトリクス基板の不良による製造コストの上昇を抑えて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1のアクティブマトリクス基板を模式的に示す部分的な平面図である。
【図2】図2(A)〜図2(F)は、ゲート電極21の形成工程を説明するための模式的な断面図である。
【図3】図3(A)〜図3(E)は、アクティブマトリクス基板を製造する工程を模式的に示す、図1中のA−A’線断面図である。
【図4】実施形態2のアクティブマトリクス型LCDの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1:レジスト
2:TiN薄膜(第3層)
3:Al合金薄膜(第2層)
4:Ti薄膜(第1層)
5:絶縁性基板
6:重合物
7:窒化シリコン膜(保護膜)
8:層間絶縁膜
9:画素電極
20:アクティブマトリクス基板
21:ゲート電極
22:ゲート配線
28,35:偏光板
29,36:配向層
30:対向基板
31:窒化シリコン膜(保護膜)
32:絶縁性基板
33:カラーフィルタ層(遮光膜を含む)
34:対向電極
40:液晶層
41:真性アモルファスシリコン膜(半導体層)
51:n+ アモルファスシリコン膜
61:ソース配線
61a:ソース電極
61b:ドレイン電極
100:薄膜トランジスタ
Claims (5)
- 絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に設けられたゲート配線と、前記ゲート配線と電気的に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極上に、絶縁膜を介して形成された半導体層と、前記半導体層上にそれぞれ形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と電気的に接続されたソース配線と、前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極とを有し、前記画素電極がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板であって、
前記ゲート配線および/または前記ゲート電極は、アルミニウム以外の金属を含有する第1層、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第2層およびアルミニウム以外の金属を含有する第3層が順次積層された構造を有するテーパー状であり、側面に炭素およびフッ素を含有する重合物が形成されている、アクティブマトリクス基板。 - 前記第1層はチタン層であり、前記第3層は窒化チタン層である、請求項1に記載の薄膜アクティブマトリクス基板。
- 請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板を製造する方法であって、
前記絶縁性基板上に、アルミニウム以外の金属を含有する第1膜、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含有する第2膜およびアルミニウム以外の金属を含有する第3膜が順次積層された構造を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜をプラズマエッチングによりエッチングして、前記ゲート配線および前記ゲート電極を形成する工程と、
フッ素系ガスおよび酸素ガスに晒すことによって、前記ゲート配線および前記ゲート電極それぞれの側面に前記重合物を形成する工程とを含む、アクティブマトリクス基板の製造方法。 - 請求項1または2に記載のアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板に対向配置された対向電極と、前記アクティブマトリクス基板および前記対向電極の間隙に介在する表示媒体層とを有する、表示装置。
- 前記表示媒体層は液晶層である、請求項4に記載の表示装置。
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