JPH11271792A - Liquid crystal display device - Google Patents
Liquid crystal display deviceInfo
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- JPH11271792A JPH11271792A JP731199A JP731199A JPH11271792A JP H11271792 A JPH11271792 A JP H11271792A JP 731199 A JP731199 A JP 731199A JP 731199 A JP731199 A JP 731199A JP H11271792 A JPH11271792 A JP H11271792A
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Abstract
Description
【0001】[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。The present invention relates to an electrode wiring of a liquid crystal display.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Japanese Patent Laid-Open No.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-182723 describes that a Poly-Si film having a high concentration of impurities and an Al (aluminum) film are stacked as a gate wiring.
【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。As a wiring material for a liquid crystal display device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-55575 discloses an alloy of Ta (tantalum) and Nb having a low resistance value and chemical resistance, a metal material containing Nb or Nb as a main component. Is described.
【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。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-106723, as a wiring material for a gate line, a material laminated in the order of Nb and Ta from the substrate side is used, the surface is oxidized by anodic oxidation, and then SiO 2 (silicon oxide) or A TFT in which a gate insulating film made of SiN (silicon nitride) is laminated is proposed. According to this document, it is described that the resistance value can be reduced as compared with the case where a Ta single layer film is used, and it is effective in preventing a short circuit between a gate line and a drain line.
【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。Japanese Patent Application No. 7-147852 proposes to use Nb for all or at least one of the gate and drain electrodes. According to this, a two-layer film made of an alloy or a different metal material is used. It is described that since there is no electrode structure, the throughput is improved, and an electrode structure with low resistance, low stress and easy dry etching can be realized.
【0006】[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。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 in the gate electrode using Al, the hillock is formed by the heat treatment at the time of forming the interlayer insulating film. And whiskers were generated, and because of the low thermal oxidation resistance of Al, the drive waveform was rounded due to an increase in the resistance of the wiring and a short circuit between the wirings occurred.
【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。In addition, since the Al film is usually patterned by wet etching, it is difficult to control the shape of the end portion. This may cause a short circuit or a disconnection of the drain.
【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。It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device to which a wiring structure having excellent thermal oxidation resistance is applied.
【0009】[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。In a liquid crystal display device having a metal wiring, the metal wiring is made of a first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and a nitride of Nb or Nb as a main component. It is composed of a nitride of an alloy to be formed. With this configuration, the thermal oxidation resistance of the metal wiring can be improved. If the resistance of the metal wiring does not matter, the metal wiring may be formed by omitting the first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and omitting nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component. Even in the case of a single-layer structure, the thermal oxidation resistance can be similarly improved.
【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。Further, when a third layer composed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component is formed under the first layer, a direct connection between the first layer and another member can be obtained. Contact can be avoided. Nb nitride or nitride of an alloy containing Nb as a main component is 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】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。Further, if the first layer and the second layer, preferably the third layer, are collectively etched with the same pattern, the number of process steps can be reduced. The end of the wiring may be formed in a forward tapered shape.
【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。In another configuration, the semiconductor device includes a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates. The pair of substrates has a plurality of gate electrode wirings, and the plurality of gate electrode wirings intersect with the plurality of gate electrode wirings. A liquid crystal display having a plurality of drain electrode wirings formed so as to form, 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 When the device has a plurality of gate electrode wirings, drain electrode wirings, source electrodes, a common electrode, and a common electrode wiring, at least one of the common electrode and the common electrode wiring is made of Nb or an alloy containing Nb as a main component. First
And a second layer made of nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component, the thermal oxidation resistance is also improved. Especially effective. When the wiring resistance is not a problem, the first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component is omitted, and these electrodes or electrode wires are made of nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component. Even if it is composed only of the second layer made of a material, the thermal oxidation resistance can be similarly improved.
【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。[0013] Also for these structures, it is desirable to form a third layer made of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component under the first layer.
【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。[0014] When an insulating film composed of a silicon oxide film is formed on a wiring composed of a laminated film having a first layer and a second layer, the effect is further clarified.
【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。When the electrode structure of the present invention is used for a gate electrode wiring, it is preferable that the silicon oxide film is formed so as to be at least a part of the gate insulating film of the thin film transistor.
【0016】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 14 is a plan view of a unit pixel of a liquid crystal display device according to a comparative example constituted by using a coplanar type TFT. FIGS. 15, 16, and 17 correspond to FIG.
It is sectional drawing which follows the line shown by middle xx ', yy', and zz '.
【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。The liquid crystal display device has a gate electrode wiring 202 formed on a glass substrate 103 provided with a base film 104, and a drain electrode wiring 203 formed so as to cross the gate electrode wiring 202.
And a TFT 101 formed near the intersection corresponding to the intersection of these electrode wirings, and a pixel display area 102.
【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1
05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11
1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。As shown in FIG. 15, the TFT 101 has a channel region 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film,
05, a first gate electrode 1401 made of a polycrystalline Si film doped with impurities formed on the gate insulating film 106, and a second gate electrode made of Al (aluminum) 201 and an active layer 109 in which the drain / source region of the channel region 105 made of the intrinsic polycrystalline Si film is doped with impurities.
, A drain electrode 11 connected through a through hole
1 and a source electrode 112. A pixel electrode 113 is connected to a source electrode 112 of the TFT. 1501 and 110 are interlayer insulating films, and 114 is a protective insulating film.
【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。Focusing on the gate electrode of the TFT 101, FIG.
As shown in the above, the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si and the second gate electrode 201 made of Al
It can be seen that this is a two-layer gate electrode structure connected through a through hole TH opened in the interlayer insulating film 1501.
【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。The extended portion of the second gate electrode 201 made of Al in the two-layer electrode structure becomes the gate electrode wiring 202 as it is. As shown in FIG. 17, a gate electrode wiring 202 and a drain electrode wiring 203 made of Al
Has a structure in which an intersecting portion is formed with the interlayer insulating film 110 interposed therebetween.
【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。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a gate electrode wiring forming step for each step in the comparative example shown in FIGS. The subject of the present invention will be described in more detail with reference to this sectional view.
【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。First, as shown in FIG.
An island pattern 401 made of an intrinsic polycrystalline Si film is formed on a glass substrate 103 with a mark. Usually, an amorphous Si film formed by a CVD method or the like is polycrystallized by a method such as thermal annealing or laser annealing.
【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18
01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。Next, as shown in FIG. 18B, a gate insulating film 106 is formed on the entire surface of the substrate, and an amorphous Si film 18 to be a first gate electrode 1401 after polycrystallization in a step described later.
01 is formed. As the gate insulating film 106, an SiO 2 film, a SiN film, or the like formed by a normal CVD method is used.
【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。Next, as shown in FIG. 18C, the gate insulating film 106 and the amorphous Si film 1801 are collectively etched in the same pattern. When such a process is adopted, the first gate electrode needs to be formed of an electrode wiring material that can be easily dry-etched with the gate insulating film 106 at a time.
【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180
1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。Next, as shown in FIG. 18D, the entire surface of the substrate is doped with phosphorus ions as an n-type dopant. At this time, the gate insulating film 106 and the amorphous Si film 180
The channel pattern 105 made of the intrinsic polycrystalline Si film is formed in a self-aligned manner with the one stacked pattern serving as a mask.
【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。Further, the P-type TFT portion of the peripheral circuit portion is selectively doped with boron ions as a P-type dopant using a photoresist or the like as a mask. For doping of phosphorus and boron, an ion implantation method or an ion doping method is used.
【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。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.
Then, an active layer 109 to be a drain / source region is formed. For the activation annealing at this time, 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, Si
The surface temperature of the film reaches about 1000 ° C. Therefore, the first gate electrode is required to have heat resistance to 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. In addition, a film having a low stress is also required due to thermal distortion. Although Cr (chromium) is a high melting point metal (melting point: 1860 ° C.), cracks occur in the electrode after activation annealing due to high film stress, and cannot be used.
【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。Here, although the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si is doped, it has a higher resistance than metal, and therefore cannot be used as the gate electrode wiring 202 for routing in 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】しかし、TFTが露出したこの段階(図1
8(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。However, at this stage where the TFT is exposed (FIG. 1)
8 (e)), if the gate electrode 201 made of an Al film is formed as the second gate electrode wiring, the TFT will be contaminated, and the TFT will shift in threshold voltage and increase in off current.
It causes characteristic failure.
【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15
01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。Then, as shown in FIG. 18F, an interlayer insulating film 1501 is formed on the entire surface of the substrate. Interlayer insulating film 15
Reference numeral 01 denotes a protective film for preventing contact between the TFT and the gate electrode 201 made of an Al film serving as a second gate electrode wiring. An SiO 2 film, a SiN film, or the like formed by a normal CVD method is used. Also, although not shown in FIG.
On the gate wiring 202, another interlayer insulating film 110 is formed in the same manner as the interlayer insulating film 1501. These insulating films are formed at a high temperature of 200 to 400 ° C. by a plasma CVD method. Therefore, there is a problem that the surface of the Al film is easily oxidized.
【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。The first and second gate electrode wirings are made of Al
Instead of this, an attempt was made to apply a high melting point metal Nb (melting point: 2470 ° C.) described in JP-A-7-147852, which is an electrode wiring material having low resistance, low stress and easy dry etching. Although the resistance immediately after the formation of the Nb film was low, an insulation film was formed after this film was formed, and then when the wiring resistance was actually measured, the resistance increased. The reason is that an insulating film made of a SiO 2 film or a SiN film is formed on a wiring made of an Nb film at a high temperature of 200 to 400 ° C. by a plasma CVD method, so that the surface of the Nb film is oxidized,
This is because high-resistance niobium oxide is formed. In particular, when the SiO 2 film was used, the resistance increased because the surface of the Nb film was exposed to a strong oxidizing plasma atmosphere.
【0032】熱酸化による抵抗上昇の一例として、図1
9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。FIG. 1 shows an example of an increase in resistance due to thermal oxidation.
FIG. 9 shows a change in the resistance of the Nb film when the heat treatment was performed while changing the heat treatment temperature (the horizontal axis in the figure). The ratio of the increase in resistance of the Nb film when heat treatment is performed in the air at each temperature for 1 h in the atmosphere (vertical axis in the figure) is shown by the ratio of the resistance before heat treatment to the resistance after heat treatment. The resistance of the Nb film is 180 ° C
It can be seen that the temperature starts to rise from the vicinity and rapidly increases when the temperature exceeds 250 ° C. The rate of increase in resistance at 300 ° C is about 2.5
It can be seen that at 350 ° C., it becomes 4.5 times. This rate of increase in resistance coincides with the tendency of the increase in resistance of the Nb electrode wiring observed when a TFT element is actually formed. Increasing the resistance of the wiring of the liquid crystal display device is a serious problem, and such an increase in the resistance of the electrode wiring is particularly fatal in an active matrix type liquid crystal display device.
Unless any measures are taken to improve the thermal oxidation resistance of the Nb film,
It is difficult to realize wiring using Nb and a metal material containing Nb as a main component. As a method of forming an insulating film for a TFT, there is a method of applying an inorganic polymer such as perhydropolysilazane, which is soluble in an organic solvent, to a substrate by spin coating to form an SiO 2 film, in addition to the plasma CVD method. Also in the coating method, a baking step of the coating film is indispensable for improving the film characteristics, and similarly, an improvement in the thermal oxidation resistance of the electrode wiring is required.
【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。Referring to FIGS. 20 to 27, Nb or Nb
The structure and effect of a laminated film structure of a first layer made of a compound mainly containing Nb and a second layer made of Nb or a nitride of an alloy mainly containing Nb will be described in principle.
【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Nb
N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。Hereinafter, "Nb or an alloy containing Nb as a main component" is referred to as "Nb-based", and "nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component" is referred to as "NbN-based". In some cases, boundaries are indicated by separating them with “/”.
The first layer (lower layer) is Nb-based, and the second layer (upper layer) is Nb-based.
In the case of an N-based laminated film structure, Nb-based / NbN
It is described as a system laminated film.
【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、Si
O2 膜を形成した際の抵抗変化を示す。FIG. 20 shows that the surface of the Nb film is plasma-nitrided to form a nitrided Nb film and an Nb film.
5 shows a change in resistance when an O 2 film is formed.
【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CV
D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=15:3000sc
cm,パワーは1000W、圧力は133Paで、膜厚3
00nm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。Here, the Nb film is formed by DC magnetron sputtering at a substrate temperature of 130 ° C., an Ar gas flow rate of 60 sccm, a power of 2100 W, and a pressure of 0.2 Pa.
To form a film having a thickness of 200 nm. It was confirmed that the stress of the Nb film formed under these conditions was almost zero.
The Nb film surface was N 2 gas 200 sccm, power 500 W,
Plasma nitriding was performed at a pressure of 27 Pa. The evaluation was performed by changing the plasma nitriding time. SiO 2 film is RF plasma CV
Using method D, the substrate temperature was 330 ° C., and the flow rate ratio of TEOS (tetraethoxysilane): O 2 gas was 15: 3000 sc.
cm, power 1000 W, pressure 133 Pa, film thickness 3
00 nm was formed. This is because in the TFT process,
This corresponds to the SiO 2 film forming conditions usually used.
【0037】図20の横軸はプラズマ窒化処理(nitrog
en 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30mi
n 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。The horizontal axis of FIG. 20 is a plasma nitriding treatment (nitrog
en plasma treatment), and the longer the treatment time, the thicker the NbN film formed on the surface. The value at processing time 0 indicates the rate of increase in resistance of the Nb single layer film. The vertical axis in FIG. 20 indicates the rate of increase in resistance as as depo.
It is shown by the ratio of the resistance at the time of the formation and the resistance after forming the SiO 2 film. The surface of the Nb film is exposed to a strong oxidizing plasma atmosphere at 330 ° C. at the time of SiO 2 film formation, so that about 2.5
While the resistance is doubled, the processing time is 30mi
It can be seen that the resistance increase is hardly recognized in the film of n. This indicates that the adoption of the Nb-based / NbN-based laminated film structure has greatly improved the thermal oxidation resistance as compared with the Nb-based single-layer film. This makes it possible to form an SiO 2 film as an interlayer insulating film in a strong oxidizing plasma atmosphere without causing an increase in resistance. The obtained Nb-based / NbN-based laminated film had a high melting point and a low stress similarly to the Nb-based single-layer film. Therefore, hillocks and whiskers as seen in the Al electrode wiring are not generated.
In the case where the SiO 2 film was formed by the coating method, the effect of improving the thermal oxidation resistance was similarly observed. Specifically, for example, perhydropolysilazane diluted with cyclohexane is applied by spin coating to form an Nb-based / NbN film even after baking in air at 400 ° C. for 1 hour.
It was confirmed that no increase in the resistance of the system laminated film was observed.
【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、5
nm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。FIG. 23 shows the upper NbN-based film thickness.
As described later, the effect of improving the thermal 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, making the NbN-based film too thick undesirably increases the resistance of the Nb-based / NbN-based stacked wiring. The thickness of the NbN-based film is 5
The range is preferably from 100 nm to 100 nm. Conversely, if the wiring resistance does not matter at the specific resistance level of the NbN-based film, the underlying Nb-based film is omitted and the NbN-based film is omitted.
The wiring can also be constituted by a system single-layer film.
【0039】また、下層のNb系膜の比抵抗値は20μ
Ωcm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。The specific resistance of the lower Nb-based film is 20 μm.
Ωcm or less is appropriate. Since the Nb-based film having a higher resistance than this value already contains a large amount of oxygen in the film itself at the stage of film formation, the effect of the Nb-based / NbN-based laminated film is difficult to obtain.
【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、N
bN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。As an application of the above-mentioned 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 an alloy containing Nb as a main component. The third layer 150 made of nitride, the first layer 107 made of Nb or an alloy mainly containing Nb, the second layer 108 made of nitride of Nb or nitride of an alloy mainly containing Nb are used. There is a structure composed of laminated films that are sequentially laminated.
As described above, since the Nb-based film is not in direct contact with the insulating film but is interposed through the NbN-based film, the quality of the Nb film is not deteriorated by oxygen diffusion from the insulating film. Also, N
By adding the bN-based film to the lower layer, the adhesion between the Nb-based / NbN-based laminated film and the insulating film can be improved.
【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。As with the thickness of the upper NbN-based film, the thickness of the lower NbN-based film is suitably in the range of 5 to 100 nm.
【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N
bN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。As a method of forming the Nb-based / NbN-based laminated film, a method of devising a sputtering apparatus such as using a multi-chamber single-wafer sputtering apparatus can be applied in addition to the above-described means of nitriding the surface of the Nb-based film. is there. According to this method, an Nb-based / NbN-based laminated film can be continuously formed,
An increase in steps due to the formation of an NbN-based film can be suppressed.
As another method of forming the Nb-based / NbN-based laminated film, in addition to the above, for example, sputtering is performed on a Nb-based film formed by a sputtering method using an Nb-based target, using a target made of Nb-based nitride. NbN formed by the method
A Nb-based film formed by a reactive sputtering method in which N 2 (nitrogen) is added to a sputtering gas using an Nb-based target may be formed. Alternatively, the NbN-based film may be formed by performing surface annealing on the Nb-based film by laser annealing in a nitrogen atmosphere. In any case, similarly, Nb / NbN
The system stack film can be formed continuously, and an increase in the number of steps can be suppressed. In addition, not only the Nb film but also a material containing Nb as a main component can form a nitride by the same means.
Needless to say, the same thermal oxidation resistance can be obtained. FIG. 23 shows a change in resistance of the Nb-based / Nb-based laminated film formed by the reactive sputtering method shown in FIGS. 21 and 22 when the heat treatment was performed while changing the heat treatment temperature (horizontal axis in FIG. 23: unit ° C.). 23 vertical axis: ratio of resistance value after heat treatment divided by resistance value before heat treatment as a rate of increase in resistance). The parameter is the thickness of the upper NbN layer. That is,
The ◇ line indicates that the thickness of the upper layer NbN is 0 nm,
This is the case where there is no bN film. The line with a circle indicates the case where the thickness of the upper layer NbN is 5 nm. The line of Δ indicates the case where the film thickness of the upper layer NbN is 20 nm. The □ line indicates the case where the thickness of the upper NbN layer is 40 nm. From FIG. 23, it can be seen that by laminating an NbN film having a thickness of 5 nm or more on the Nb film, sufficient thermal oxidation resistance can be ensured even at a heat treatment at 400 ° C. The thermal oxidation resistance tends to improve as the film thickness of NbN increases, 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 stacked wiring is desirably 5 nm or more and 100 nm or less.
【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60scc
m、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100〜200μΩc
m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。FIG. 21 shows a method for forming an NbN-based film.
An example of an NbN-based film obtained by using a reactive sputtering method in which N 2 is added to a sputtering gas will be described.
The abscissa in FIG. 21 indicates that the sputtering gas Ar is N 2.
This is the N 2 / (Ar + N 2 ) flow rate ratio when the gas is added. The vertical axis in FIG. 21 is the specific resistance (Ωcm) of the formed film. Substrate temperature is 130 ℃, total gas flow is 60scc
m, the power is 2100 W, and the pressure is 0.5 Pa. For the formation of the Nb-based / NbN-based laminated film which contributes to the improvement of the thermal oxidation resistance, the N 2 addition amount is 0.05 in the flow rate ratio of N 2 / (Ar + N 2 ).
~ 0.25, 100 ~ 200μΩc in specific resistance of NbN based film
An NbN-based film in the range of m (the range indicated by (b) in FIG. 21) was suitable. At this time, no N 2 was added (flow ratio =
The specific resistance of the Nb-based film obtained in 0) was 18 μΩcm.
【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N
bNとNbの混晶の状態であることがわかった。Next, the structure of the film at each point shown in FIG.
It was examined by a line diffraction method. As a result, it was found that the three regions shown in (a), (b), and (c) have different structures. FIG. 22 shows three regions (a) and (b) shown in FIG.
X of the Nb nitride film (NbN film) selected from (b) and (c)
1 shows a line diffraction spectrum (representative example). The vertical axis is the X-ray diffraction intensity, and the unit is arbitrary units (au.). In FIG. 22, the symbol ● indicates a cubic Nb, the symbol ○ indicates a crystal peak from cubic NbN, and the black triangle indicates an amorphous peak from a base glass substrate. Fig. 21 (a)
<0.05 at the indicated range (N 2 / (Ar + N 2) flow rate ratio
, The film obtained in <range 100Myuomegacm) at resistivity of NbN film, by adding a lack of N 2, Nb single-phase or N
It was found that the state was a mixed crystal of bN and Nb.
【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。On the other hand, Nb shown in FIG.
Range for forming a Ni / NbN stacked film, that is, (N 2
It can be seen that the film obtained at a flow rate ratio of 0.05 to 0.25 (Ar + N 2 ) and a specific resistance of the NbN film in the range of 100 to 200 μΩcm) is composed only of NbN having high crystallinity. The range shown in FIG. 21C, that is, (N 2 /
(Ar + N 2 ) flow rate ratio> 0.25, specific resistance of NbN-based film in the range of> 200 μΩcm), although the film is composed of only NbN, the crystal peak due to excessive addition of N 2 Was small and the film was low in crystallinity. These differences in film quality can be presumed to be the cause of the difference in the effect of improving the thermal oxidation resistance when forming the Nb-based / NbN-based laminated film.
【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SiO
2 膜やSiN膜が用いられる。When a laminated film is used for a gate electrode wiring, it is desirable that the laminated wiring can be etched at a time without increasing the number of steps. Therefore, Nb / NbN
Also in the case of using a multi-layered film, it is desirable that the Nb-based / NbN-based laminated film can be dry-etched at once. As will be described later with reference to FIGS. 6 to 9, a through hole for forming a contact is formed in the interlayer insulating film 110 on the gate electrode 201 in the TFT portion forming the CMOS inverter and the terminal portion of the active matrix. 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 is made of SiO.
Two films or SiN films are used.
【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,Nb
N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175
W、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5
00W,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。FIG. 24 shows Nb and Nb when etched using a typical SF 6 gas as an F-based etching gas.
The evaluation results of the etching rates of the N film, the SiO 2 film, the SiN film, and the resist film are shown. The horizontal axis of FIG. 24 indicates the etching time (second), and the vertical axis of FIG. 24 indicates the etched film thickness (nm). The Nb film, NbN film and SiO 2 film were formed by the method shown in FIGS. SiN
The film is formed by RF plasma CVD and the substrate temperature is 230
° C, SiH 4 (monosilane): NH 3 (ammonia): N 2 gas flow ratio = 20: 60: 200 sccm, power 175
W and pressure were formed at 80 Pa. A commercially available positive resist was used as the resist. The etching conditions were set at 5 power using an RF parallel plate type reactive ion etching apparatus.
00W, pressure 27 Pa, SF 6 gas flow rate 88 sccm. The etching rate can be obtained from the inclination of the etching film thickness with respect to the etching time shown in FIG. The etching rate is as follows: SiO 2 (0.2 nm / s) << resist (1.2 nm / s) <Nb-based (1.7 nm / s) <
It can be seen that NbN-based (3.0 nm / s) <SiN (4.2 nm / s) increases in this order. Thus, it is understood that the batch etching of the Nb-based / NbN-based stacked film can be performed by using the F-based etching gas.
【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。However, when the SiO 2 film is used as the interlayer insulating film, the etching rate of the SiO 2 film is NbN.
Since the etching rate is lower than that of the Nb-based and Nb-based films, it is understood that the Nb-based / NbN-based laminated film, which is the gate electrode wiring, is damaged at the time of forming the through hole.
In this regard, selective etching of the SiO 2 film becomes possible by using CHF 3 described below instead of SF 6 as an etching gas. 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 etching rate ratio, is at most 1.4 with respect to the NbN-based film. It turns out that it is actually difficult to selectively etch the SiN film without damaging the Nb-based / NbN-based laminated film.
【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、C
F4 、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。This indicates that it is difficult to use the SiN film as the interlayer insulating film. As described above, instead of SF 6 gas which is a typical F-based etching gas, C
Similar results were obtained when a gas obtained by adding O 2 to F 4 or CF 4 was used.
【0050】次に、図25にNb系,NbN系、及びS
iO2 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(n
m)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 ,C
HF3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、N
b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N
bN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。Next, FIG. 25 shows Nb-based, NbN-based and Sb-based.
The results obtained by etching the iO 2 film with CHF 3 gas are shown. The horizontal axis in FIG. 25 is the etching time (min).
The vertical axis in FIG. 25 indicates the etched film thickness (n
m). RF parallel plate type reactive ion etching equipment, power 550 W, pressure 6.7 Pa, C
The HF 3 gas flow rate was 55 sccm. From this figure, SiO 2
For a film etching rate of 23 nm / min, N
It can be seen that the b-based and NbN-based films are hardly etched. This is because CHF 3 is a gas having a high deposition property. That is, in the etching using the CHF 3 gas, a C—F compound is formed together with the generation of the F radical contributing to the etching in the plasma, and this is deposited on the surface of the Nb-based or NbN-based film.
The etching stops on the bN-based film.
Meanwhile, on the SiO 2 film, because oxygen is supplied from the SiO 2 film, etching of the SiO 2 film progresses constantly by oxidative decomposition of C-F compounds without causing deposition of C-F compounds. Therefore, by using the CHF 3 gas, the SiO 2 film on the Nb-based / NbN-based laminated film can be selectively etched. From the above restrictions on the dry etching process, it is understood that an SiO 2 film is suitable for the interlayer insulating film 110 on the gate electrode wiring 201.
【0051】図26は、図24に示したガスを用いてN
b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10
8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10
8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、N
b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/Nb
N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S
EM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。FIG. 26 is a view showing the state of N using the gas shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an edge of an etching pattern when a b-based / NbN-based laminated film is etched. 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, an Nb-based film, a nitride of Nb, and a second layer made of a nitride of an alloy containing Nb as a main component. Layer 10 of
An NbN-based film is used as 8, and 2401 denotes a resist pattern. As shown in FIG. 26A, the NbN-based film 10
In No. 8, it is considered that the etching proceeds isotropically in the thickness direction and the lateral direction of the film. Here, as described in FIG.
The etching rate a of the upper NbN-based film 108 in the b-based / NbN-based laminated film was about twice the etching rate b of the Nb-based film 107 (a> b). Therefore, FIG.
And (c), the etching rate in the film thickness direction is:
As soon as the etching has progressed to the Nb-based film side past the Nb-based / NbN-based interface, it becomes smaller. On the other hand, the etching rate in the lateral direction of the film is still governed by the etching rate a of the NbN-based film. Finally, as shown in FIG. 26 (d), the etched end 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 is α> β. Actual Nb system / Nb
In the etching of the N-based laminated film, the etching rate in the lateral direction of the film was not isotropic etching but tended to be slightly higher in the lateral direction of the film than in the film thickness direction. ) Is etched to a shape substantially similar to the tapered shape shown in FIG.
It could be confirmed by EM observation. Such a tapered shape can secure good surrounding characteristics of the drain electrode wiring 203 via the interlayer insulating film 110 and the inter-layer insulating film when actually applied to the gate electrode wiring, and can short-circuit between the wirings and disconnection of the drain. Failure can be prevented. That is, the wiring end shape shown in FIG. 26 is a characteristic that is indispensable as a gate electrode wiring.
【0052】図6〜図9で後述するように、相補型(C
MOS)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。As described later with reference to FIGS. 6 to 9, the complementary type (C
MOS) In the TFT part forming the 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.
【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(μ
m2)を示し、図27の縦軸にコンタクト抵抗(Ω・μm
2)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60sc
cm、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106
Ωμm2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25〜400μ
m2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。FIG. 27 shows an Nb-based / NbN-based laminated film, a Cr film commonly used as a drain wiring electrode material, and an alloy film of Cr and Mo (hereinafter referred to as CrMo) as an example of a Cr alloy film.
) Is shown. The contact area (μ
m 2 ), and the vertical axis in FIG. 27 shows the contact resistance (Ω · μm
2 ) is shown. The Cr film is formed by DC magnetron sputtering at a substrate temperature of 200 ° C. and an Ar gas flow rate of 60 sc.
cm, power 4000 W, pressure 0.2 Pa. The CrMo film has a weight ratio of Cr to Mo of 50:50.
Was formed under the same conditions as those for the Cr film. In FIG. 27, the mark ○ indicates the Nb-based / NbN-based laminated film and Cr, and the mark が indicates the Nb-based / NbN-based laminated film and CrMo.
It is a measurement result in the case of. From the driving conditions of the peripheral circuit and the pixel TFT, 10 6
It is required to suppress the resistance to Ωμm 2 or less. From FIG. 27, it can be seen that in any combination of the Nb-based / NbN-based laminated film and Cr, and the Nb-based / NbN-based laminated film and CrMo, the obtained contact resistance is a contact area of 25 to 400 μm.
It can be seen that it is 10 2 Ωμm 2 in the range of m 2 . This is a value four orders of magnitude 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 an Nb-based / NbN-based laminated film for the gate electrode wiring and a Cr and / or Cr alloy film for the drain electrode wiring material. The contact characteristics are such that at least a part of the drain electrode wiring or the source electrode wiring which 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. You can get it. Accordingly, if this condition is satisfied, as an application example of the drain electrode wiring or the source electrode wiring, a laminated film of chromium or an alloy film of chromium and molybdenum and another metal film, for example, aluminum which is a low-resistance metal film It is also possible to use a laminated film with a divalent alloy film.
【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。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, it has a drain electrode wiring, a source electrode wiring, a common electrode, and a common electrode wiring. In such a case, the effect is exhibited even when used for a common electrode, a common electrode wiring, and the like. 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】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。FIG. 2 is a plan view of a unit pixel of a liquid crystal display device using a coplanar TFT according to the present invention, and FIGS. 1 and 3 are shown by xx 'and yy' in FIG. 2, respectively. It is sectional drawing which follows the sagging line.
【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/Nb
N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。The basic structure of the unit pixel of the liquid crystal display device is similar to that of the comparative example shown in FIG. 14, and is formed so as to cross the gate electrode wiring 202 formed on the glass substrate 103 with the base film 104. Drain electrode wiring 203
And TFT101 formed near the intersection of these electrode wires
And a pixel display area 102. The difference from the comparative example is that the first gate electrode 1401 made of polycrystalline Si
In the present invention, instead of the two-layer gate electrode structure of the second gate electrode 201 made of Al and Al, the first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and the nitride film of the first layer are used. (Nb-based / Nb)
(N-based).
【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11
0が形成され、TFT101及び各配線の上には保護絶縁膜1
14が形成される。また、符号102は、画素表示領域
である。Therefore, as shown in FIG.
A channel region 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film, a gate insulating film 106 formed on the channel region 105,
A stacked gate electrode 201 formed of a stacked film of a first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and a second layer 108 made of a nitride film of the first layer; A drain electrode 111 and a source electrode 112 connected through a through hole to an active layer 109 in which the drain / source region of the polycrystalline Si film 105 is doped with impurities.
The pixel electrode 113 is connected to the source electrode 112 of the TFT 101. An interlayer insulating film 11 is provided between the gate electrode wiring of the TFT 101 and the source / drain electrodes.
0 is formed, and a protective insulating film 1 is formed on the TFT 101 and each wiring.
14 are formed. Reference numeral 102 denotes a pixel display area.
【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。As in the comparative example, a portion where the gate electrode 201 is extended becomes the gate electrode wiring 202 as it is.
【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11
0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。FIG. 3 shows an intersection between the gate electrode wiring 202 and the drain electrode wiring 203. As described above with reference to FIG. 26, Nb or the first layer 107 containing Nb as a main component is used.
The pattern end of the gate electrode wiring 202 made of a laminated film of the first layer and the second layer 108 made of a nitride film is processed into a forward tapered shape. By processing in such a tapered shape, the interlayer insulating film 11 on the gate electrode wiring 202 is formed.
Good surrounding characteristics of the zero and drain electrode wirings 203 can be secured, and short-circuiting between the wirings and disconnection of the drain electrode wirings 203 can be prevented. Further, since there is no occurrence of hillocks and whiskers as seen in the Al electrode wiring, a short-circuit failure due to a short circuit between the wirings can be further reduced.
【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1
07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。FIG. 4 shows a gate electrode wiring forming step of the embodiment shown in FIGS. The cross-sectional structure of each step 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 provided with a base film 104. Next, as shown in FIG. 3B, a gate insulating film 106, a first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component, and a second layer 108 made of the first nitride film are formed on the entire surface of the substrate. Is formed.
First layer 1 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component
07 and a second layer 108 formed of a first layer nitride film, the nitride film is formed continuously with the first layer by using a reactive sputtering method using a mixed gas of Ar and N 2. Can be formed. Next, as shown in FIG. 3C, a gate insulating film 106 and a first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component, and a second layer 108 made of the first nitride film. By batch-etching the laminated film with the same pattern, the laminated gate electrode 201 and the gate insulating film 106 having substantially the same planar shape are obtained.
【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。As described above with reference to FIG. 24, Nb or Nb
The stacked film of the first layer 107 made of an alloy containing as the main component and the second layer 108 made of the nitride film of the first layer can be easily etched at a time by using an F-based etching gas. is there.
【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。Next, as shown in FIG.
Doping with phosphorus ions as a type dopant. At this time, a stacked pattern of the gate insulating film 106 and the stacked gate electrode 201 serves as a mask, and the channel region 105 made of an intrinsic polycrystalline Si film is formed in a self-aligned manner.
【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20
1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。Finally, as shown in FIG. 9E, the impurity ions doped by activation annealing are activated,
An active layer 109 to be a drain / source region is formed.
For the activation annealing at this time, techniques such as thermal annealing and laser annealing are used.
Since the Nb-based / NbN-based laminated film constituting No. 1 has a high melting point and a low stress, defects such as peeling and cracking of the gate electrode pattern due to activation annealing do not occur. In addition, since the gate electrode wiring has an Nb-based / NbN-based laminated film structure, the heat-resistant oxidation resistance to an activation annealing atmosphere is improved. In the subsequent step of forming the interlayer insulating film 110, the resistance of the gate electrode wiring does not increase.
【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、TF
T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。The Nb-based / NbN-based laminated film is shown in FIG.
18 has a significantly lower resistance than the gate electrode made of polycrystalline Si of the comparative example (as described by reference numerals) 1401 described in FIG. 18, so that the signal wiring in the liquid crystal display device includes only the stacked gate electrode 201. Can play a role. Therefore, the second electrode made of the low-resistance metal in the comparative example
This eliminates the need for the gate electrode wiring. Along with this, the interlayer insulating film 1501 for preventing contact between the TFT and the second gate electrode wiring film 201 becomes unnecessary, and it can be seen that the gate electrode wiring structure and the total process are greatly simplified. In other words, by applying the multilayer gate electrode wiring structure of the present invention, while utilizing the features of Nb and a metal material containing Nb as a main component, it is excellent in thermal oxidation resistance and workability, and has low resistance and low stress. Moreover, a simple gate electrode wiring structure excellent in process consistency can be realized. Eventually, TF
By greatly simplifying the T structure and the process, the cost of the liquid crystal display device can be reduced.
【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。Further, since a short circuit due to a short circuit between the wirings at the intersection of the wirings and a disconnection of the drain electrode wirings can be prevented, the yield of the liquid crystal display device can be improved.
【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。FIG. 5 shows an equivalent circuit of an entire active matrix type liquid crystal display device in which a driving circuit constituted by using a CMOS inverter is integrated on the same substrate 501 together with an active matrix type liquid crystal display portion.
【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,Cl
2,CKVにより駆動される。This liquid crystal display device has a TFT as a display unit.
An active matrix 50, a vertical scanning circuit 51 for driving the matrix, a horizontal scanning circuit 53 for dividing video signals for one scanning line into a plurality of blocks and supplying them in a time-division manner; , And a switch matrix circuit 52 for supplying video signals to the active matrix side for each divided block. Here, the vertical scanning circuit 51 and the horizontal scanning circuit 53 are configured by a shift register and a buffer, and the clock signals CL1 and Cl
2, driven by CKV.
【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NM
OS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。FIG. 6 is a circuit diagram when a CMOS inverter circuit formed on a substrate is formed. PMOS and NM
The OS is configured as shown in the figure, has an input terminal Vin and an output terminal Vout, and is supplied with a reference voltage Vss and a power supply voltage Vdd.
【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N
MOS702とによって構成されている。FIG. 7 shows a pattern layout of the inverter circuit shown in FIG. 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 according to the present embodiment includes a PMOS 701 as a P-type TFT and an N-type TFT as an N-type TFT.
MOS702.
【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T
Hを介して接続されている。As shown in FIG. 8, the gate electrodes 703 and 704 of the two TFTs 701 and 702 are connected to the input terminal Vin.
The first wiring electrode 705 and the through hole T
H is connected.
【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。As shown in FIG. 9, an electrode for supplying a reference voltage Vss and a power supply voltage Vdd to the circuit and an output terminal Vout connecting the drain electrodes of the two TFTs are formed by a second wiring electrode 706. I have. The output terminal Vout is the input voltage of the shift register corresponding to the next scanning line.
【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70
5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PMOS
701 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。At this time, both the wiring electrodes 705 and 706 are formed of the same layer and the same material as the drain electrode wiring of the TFT. Therefore, on the input terminal Vin side, the wiring electrode 70
5 and the gate electrodes 703 and 704 of the TFT, that is, good through-hole contact characteristics between the drain electrode wiring material and the gate electrode wiring material must be ensured. P-type transistor PMOS
Specifically, the gate electrodes 703 and 704 are used by using the TFT 701 and the TFT constituting the N-type transistor NMOS702.
Is a first layer 107 made of Nb or an alloy containing Nb as a main component, and a second layer 108 made of a nitride film of the first layer.
The wiring electrodes 705 and 706 are formed of Cr, which is a drain electrode wiring material, or an alloy film of Cr and Mo. In addition, the gate electrode 703
The interlayer insulating film 110 on the layers 704 and 704 is composed of a SiO 2 film.
【0073】この場合もゲート電極703と704はN
b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。In this case, gate electrodes 703 and 704 are also N
It is composed of a b-based / NbN-based laminated film structure, and a sufficient thermal oxidation resistance is guaranteed. Therefore, the gate electrode wiring resistance does not increase after the formation of the interlayer insulating film 110 made of the SiO 2 film.
【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TF
T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。As shown in FIG. 27, Nb and Nb nitride
Through-hole contact resistance between the layered film and Cr or CrMo is sufficiently low. Therefore, the wiring electrode 705 and the TF
In connecting the T gate electrodes 703 and 704, good through-hole contact characteristics can be ensured.
【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。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 lower 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 it is easy to incorporate a peripheral circuit, and it is possible to greatly improve the performance and cost of the liquid crystal display device. In the above embodiment,
As a drain electrode and a drain electrode wiring material, Cr,
Alternatively, an alloy film of Cr and Mo is used, but a portion in contact with the gate electrode and the gate electrode wiring is formed of a first layer made of Cr or an alloy film of Cr and Mo, and a low-resistance metal film is formed thereon. By forming a drain electrode / drain electrode wiring structure in which a second layer made of an aluminum alloy film is laminated, not only a through hole contact characteristic but also a drain electrode / drain electrode wiring having low wiring resistance can be obtained.
【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。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 formed by using the vertical electric field type TFT. However, the horizontal electric field type TFT applies a horizontal electric field between the source electrode of the TFT and the common electrode formed on the same substrate. May be used. Further, the present invention can be similarly applied to a case where amorphous Si is used instead of intrinsic polycrystalline Si for the channel semiconductor layer of the TFT. The embodiment described below is an example in which the present invention is applied to an inverted staggered amorphous Si-TFT.
【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。FIG. 10 is a plan view of a unit pixel of an active matrix liquid crystal display device according to the present invention, which is formed by using an inverted stagger type TFT.
【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。FIGS. 11 and 12 respectively show x-
It is sectional drawing which follows the line shown by x ', yy'.
【0079】本液晶表示装置の基本構成は、下地膜10
4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10
01で構成される。The basic structure of the present liquid crystal display device is that
4, a gate electrode wiring 202 formed on a glass substrate 103, a drain electrode wiring 203 formed to intersect the gate electrode wiring 202, a TFT 101 formed near an intersection of these electrode wirings, and a pixel display area 102. And additional capacity 10
01.
【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。The difference from the embodiment of the coplanar TFT described with reference to FIGS. 1 to 4 is that the TFT 101 is constituted by an inverted staggered TFT, and that the active region in which the channel region 105 and the drain and source regions are doped with impurities. 109 is made of amorphous Si, and the first gate insulating film 1101 is made of a SiO 2 film.
And a second gate insulating film 1102 made of a SiN film.
【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。In an amorphous Si TFT, an SiN film is generally used for a gate insulating film in order to secure the stability of an interface between amorphous Si as a channel layer and the gate insulating film.
【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。However, when the gate insulating film is composed of a single-layered SiN film, as described above, the first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component located under the gate insulating film.
Layer 107 and second layer 108 made of the first nitride film
On the stacked gate electrode and the gate electrode wirings 201 and 202 composed of a stacked film (Nb-based / NbN-based)
It becomes difficult to selectively etch the gate insulating film made of the SiN film.
【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、S
iN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。Therefore, in the embodiment, the first gate insulating film 1101 made of the SiO 2 film and the S
A laminated gate insulating film structure with a second gate insulating film 1102 made of an iN film is employed, and the selective etching characteristics of the gate electrode and the gate electrode wirings 201 and 202 are SiO 2.
In the first gate insulating film 1101 made of a film, the stability of the interface with the channel layer 105 is secured by the second gate insulating film 1102 made of a SiN film.
【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、S
iO2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。Also in this case, the gate electrode and the gate electrode wirings 201 and 202 have a sufficient heat-resistant oxidizing property by being constituted by an Nb / NbN-based laminated film structure. Therefore, S
After the formation of the first gate insulating film 110 made of the SiO 2 film, the gate electrode wiring resistance does not increase.
【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,Si
N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20
3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1
302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。FIG. 12 shows an intersection between the gate electrode wiring 202 and the drain electrode wiring 203. By applying the present invention, Nb or the first layer 107 containing Nb as a main component is used.
If, because the pattern end portions of the gate electrode wiring 202 made of a stacked film of a second layer 108 made of a nitride film of the first layer is processed into a forward tapered shape, a SiO 2 film on the gate electrode wiring 202 First gate insulating film 1101, Si
Good surrounding characteristics of the second gate insulating film 1102 made of N film and the drain electrode wiring 203 can be ensured.
3 can be prevented. In addition, since no hillocks or whiskers occur as in the Al electrode wiring, it goes without saying that 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. Liquid crystal layer 1
A gate electrode wiring (scanning signal wiring) 202 and a drain electrode wiring (video signal wiring) 203 are formed on the glass substrate 103 below the matrix 302 in a matrix, and are formed of ITO by TFTs formed near intersections thereof. 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 an opposite glass substrate 1305 facing the liquid crystal layer 1302 therebetween.
【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。The center of FIG. 13 is a cross section of one pixel portion, the left is a cross section of a left edge portion of a pair of glass substrates 103 and 1305 where external lead-out terminals are present, and the right is a pair of glass substrates 103 and 1305. 2 shows a cross section of a portion where no external lead-out terminal is present on the right side edge portion of FIG.
【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:Anisot
ropic Conductive Film)を介して、TCP(Tape Carri
er 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,ORI
2,画素電極113,保護膜114,層間絶縁膜11
0,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。The sealing materials SL shown on the left and right sides of FIG. 13 are configured to seal the liquid crystal layer 1302, and the edges of the glass substrates 103 and 1305 except for the liquid crystal filling port (not shown). It is formed along the whole.
The sealant is formed of, for example, an epoxy resin. The opposing electrode 1306 on the opposing glass substrate 1305 is connected at least at one position to an external lead wire 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-out wiring of the gate electrode wiring 202 is, specifically, Nb of the present invention.
It can be constituted by a system / NbN system laminated film structure. Each external lead wiring is made of an anisotropic conductive film (ACF: Anisot).
ropic Conductive Film) and TCP (Tape Carri
er Package) or an external drive circuit of a COG (Chip On Glass) connection method. Orientation film ORI1, ORI
2. Pixel electrode 113, protective film 114, interlayer insulating film 11
Each layer of the gate insulating film 106 made of O, SiO 2 is formed inside the sealing material SL. Polarizing plate 1301
Are formed on the outer surfaces of the pair of glass substrates 103 and 1305, respectively.
【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1
14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13
04,カラーフィルター保護膜1307,対向電極13
06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13
02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。The liquid crystal layer 1302 is sealed between a lower alignment film ORI1 for setting the direction of liquid crystal molecules and an upper alignment film ORI2, and is sealed by a sealing material SL. The lower alignment film ORI1 is a protective insulating film 1 on the glass substrate 103 side.
14 is formed at the top. The light-shielding film 1308 and the color filter 13
04, color filter protective film 1307, counter electrode 13
06 and an upper alignment film ORI2 are sequentially laminated. In this liquid crystal display device, layers on the glass substrate 103 side and the counter glass substrate 1305 side are separately formed, and then the upper and lower glass substrates 103 and 1305 are overlapped.
02 is assembled. By adjusting the transmission of light from the backlight BL at the pixel electrode 113, a TFT-driven color liquid crystal display device is configured.
【0089】このようにゲート電極(走査信号配線)2
01及びゲート電極配線202として、Nb若しくはN
b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。As described above, the gate electrode (scanning signal wiring) 2
01 and the gate electrode wiring 202 as Nb or N
By using a laminated gate electrode wiring structure of an alloy containing b as a main component and Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component, it is excellent in heat resistance oxidation property and workability, has low resistance and low stress, and has process matching. Since a simple gate wiring structure excellent in performance can be easily realized, an active matrix type liquid crystal display device excellent in throughput and yield can be easily realized.
【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。In addition, since the incorporation of peripheral circuits is facilitated,
The performance and cost of the liquid crystal display can be significantly improved. Further, in the above embodiment, the entire structure is formed 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】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。The TFT is a coplanar type, an inverted stagger type,
Alternatively, a staggered type may be used, but in particular, in a coplanar type element, a higher-speed operation is possible because the parasitic capacitance between the gate and the source or the drain can be reduced.
This is advantageous for a liquid crystal display device with a built-in peripheral circuit.
【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。The present invention is similarly applicable to a non-peripheral circuit built-in type liquid crystal display device using amorphous Si instead of intrinsic polycrystalline Si for the channel semiconductor layer of the TFT.
【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。In the above-described embodiment, only the case where the laminated 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 shown. In the case of having a common electrode and a common electrode wiring, effects such as thermal oxidation resistance, good matching with the insulating film, and good through-hole contact characteristics via the insulating film can be obtained. it can.
【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。An alloy containing Nb as a main component and Nb
Examples of nitrides of alloys mainly containing
There are Nb alloys containing Mo, Ti, V, Si and the like in a range of several percent or less, and nitrides of these Nb alloys.
【0095】[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。According to the present invention, it is possible to easily obtain a wiring excellent in thermal oxidation resistance, and to realize a high-performance and low-cost liquid crystal display device.
【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。FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention using a coplanar TFT, and is a cross-sectional view taken along line xx ′ shown in FIG.
【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。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.
【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。FIG. 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 line yy 'shown in FIG.
【図4】図2に示したゲート電極配線の工程毎の断面
図。FIG. 4 is a sectional view of each step of the gate electrode wiring shown in FIG. 2;
【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。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the entire active matrix type liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention in which a drive circuit formed using a CMOS inverter is integrated together with a display unit on the same substrate.
【図6】本発明の実施例に係るCMOSインバータ回路
の構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a CMOS inverter circuit according to an embodiment of the present invention.
【図7】図6に示したインバータ回路のパターン配置
図。FIG. 7 is a pattern layout diagram of the inverter circuit shown in FIG. 6;
【図8】図7に示したx−x′で示した線に沿う断面
図。FIG. 8 is a sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG. 7;
【図9】図7に示したy−y′で示した線に沿う断面
図。FIG. 9 is a sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG. 7;
【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。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, which is configured using an inverted staggered TFT.
【図11】図10に示したx−x′で示した線に沿う断
面図。FIG. 11 is a sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG. 10;
【図12】図10に示したy−y′で示した線に沿う断
面図。FIG. 12 is a sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG. 10;
【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。FIG. 13 is a schematic sectional view of an active matrix type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 14 is a plan view of a unit pixel of an active matrix liquid crystal display device according to a comparative example of the present invention configured using a coplanar TFT.
【図15】図14に示したx−x′で示した線に沿う断
面図。FIG. 15 is a sectional view taken along the line xx ′ shown in FIG. 14;
【図16】図14に示したy−y′で示した線に沿う断
面図。FIG. 16 is a sectional view taken along the line yy ′ shown in FIG. 14;
【図17】図14に示したz−z′で示した線に沿う断
面図。FIG. 17 is a sectional view taken along the line zz ′ shown in FIG. 14;
【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。18 is a cross-sectional view of each step of forming a gate electrode wiring of the comparative example of the present invention shown in FIG.
【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。FIG. 19 is a diagram showing a change in resistance of an Nb film when heat treatment is performed at a different heat treatment temperature.
【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。FIG. 20 is a diagram showing a change in resistance when a Nb film subjected to a surface plasma nitriding treatment is heat-treated.
【図21】N2 添加量を変えて形成した窒化Nb膜(N
bN系)の抵抗特性を示す図。[21] N 2 amount of varied form the nitride Nb film (N
FIG. 9 is a graph showing resistance characteristics of (bN-based).
【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。22 is an X-ray diffraction spectrum of an Nb nitride film (NbN-based) formed by changing the amount of N 2 shown in FIG. 21.
【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。FIG. 23 shows Nb-based /
The figure which shows the resistance change of a NbN-type laminated film.
【図24】SF6 を用いてエッチングした際のNb,N
bN,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。FIG. 24 shows Nb, N when etched using SF 6
bN, SiO 2, SiN, and graph plotting the relationship between the etching time and etching thickness of the resist film.
【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。[Figure 25] Nb at the time of etching with CHF 3,
NbN, and graph plotting the relationship between the etching time and etching the film thickness of the SiO 2 film.
【図26】Nb系/NbN系積層膜の配線パターン端部
の断面摸式図。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of an end portion of a wiring pattern of an Nb-based / NbN-based laminated film.
【図27】Nb系/NbN系積層膜とCr、またはCr
Moとのスルーホールコンタクト抵抗を示す図。FIG. 27: Nb-based / NbN-based laminated film and Cr or Cr
The figure which shows the through-hole contact resistance with Mo.
【図28】NbN系/Nb系/NbN系積層膜の配線断
面図。FIG. 28 is a wiring cross-sectional view of an NbN-based / Nb-based / NbN-based laminated film.
【図29】NbN系/Nb系/NbN系積層膜の配線断
面図。FIG. 29 is a wiring cross-sectional view of an NbN-based / Nb-based / NbN-based laminated film.
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…N
b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、11
3…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、7
01…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…SiO
2 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、13
04…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。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 region of TFT, 106 gate insulating film, 107 Nb, or first layer made of an alloy containing Nb as a main component, 108 N
a second layer made of a nitride of b and an alloy containing Nb as a main component; 109... an active layer doped with an impurity in a drain / source region; 110 and 1501. an interlayer insulating film; 111. ... Source electrode, 11
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... 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, 7
01 ... PMOS, 702 ... NMOS, 703, 704 ...
TFT gate electrode, 705... First wiring electrode, 706
... Second wiring electrode, 1001... Additional capacitance, 1101.
A first gate insulating film composed of two films, 1102... A second gate insulating film composed of a SiN film, 1302.
04: color filter, 1305: counter glass substrate,
1306: Counter electrode, 1307: Color filter protective film, 1308: Light shielding film, 1401: First gate electrode made of polycrystalline Si film doped with impurities, 1801: Amorphous Si film, TH: Through hole TH, SL: Seal Material, SIL ... Silver paste material, ORI1, ORI2 ...
Alignment film, BL: backlight BL.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茶原 健一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 健史 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田村 克 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kenichi Chahara 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory, Ltd. No. 1-1, Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Katsura Tamura 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref., Ltd. Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory
Claims (17)
る液晶層とを有する液晶表示装置において、前記一対の
基板の一方には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2の層とで構成さ
れる配線を有することを特徴とする液晶表示装置。1. A liquid crystal display device having a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein one of the pair of substrates is made of Nb or an alloy containing Nb as a main component. A liquid crystal display device comprising a wiring formed of a first layer and a second layer formed of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component.
る液晶層とを有する液晶表示装置において、前記一対の
基板の一方にはNbの窒化物若しくはNbを主成分とす
る合金の窒化物層で構成される配線を有することを特徴
とする液晶表示装置。2. A liquid crystal display device having a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein one of the pair of substrates is formed of a nitride of Nb or an alloy containing Nb as a main component. A liquid crystal display device comprising a wiring constituted by an object layer.
b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の層が形成されていることを特徴とする
液晶表示装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein N
A liquid crystal display device comprising a third layer formed of a nitride of b or a nitride of an alloy containing Nb as a main component.
は酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an insulating film made of a silicon oxide film is formed on the wiring.
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。5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein said first layer and said second layer are collectively etched in the same pattern.
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。6. The liquid crystal display device according to claim 3, wherein the first layer, the second layer, and the third layer are collectively etched in the same pattern.
ーパー形状であることを特徴とする液晶表示装置。7. A liquid crystal display device according to claim 1, wherein an end of said wiring has a forward tapered shape.
は20μΩcm以下であって、前記第2の層の比抵抗は1
00〜200μΩcmの範囲であることを特徴とする液晶
表示装置。8. The device according to claim 1, wherein the first layer has a specific resistance of 20 μΩcm or less, and the second layer has a specific resistance of 1 μm or less.
A liquid crystal display device having a range of from 00 to 200 μΩcm.
くはNbを主成分とする合金の窒化物で構成される配線
層の比抵抗は100μΩcm以上,200μΩcm以下の範
囲であることを特徴とする液晶表示装置。9. The semiconductor device according to claim 2, wherein the specific resistance of the wiring layer made of the nitride of Nb or the nitride of an alloy containing Nb as a main component is in the range of 100 μΩcm to 200 μΩcm. Liquid crystal display.
は5〜100nmであることを特徴とする液晶表示装
置。10. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein said second layer has a thickness of 5 to 100 nm.
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、 前記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ことを特徴とする液晶表示装
置。11. A semiconductor device comprising: a pair of substrates; and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates. A plurality of gate electrode wirings are formed on the pair of substrates so as to intersect the plurality of gate electrode wirings. A plurality of drain electrode wirings, 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. When there are a plurality of gate electrode wirings, drain electrode wirings, source electrodes, common electrodes, common electrode wirings,
At least one of the common electrode and the common electrode wiring is a laminated film having a first layer made of Nb or an alloy containing Nb as a main component and a second layer made of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component. A liquid crystal display device comprising:
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、
前記複数のゲート配線,ドレイン電極配線,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,共通電極配線の少なくとも1つがNbの窒化物若し
くはNbを主成分とする合金の窒化物層膜で構成される
ことを特徴とする液晶表示装置。12. A semiconductor device comprising: a pair of substrates; and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates. The pair of substrates are formed with a plurality of gate electrode wirings and intersecting the plurality of gate electrode wirings. A plurality of drain electrode wirings, a plurality of thin film transistors formed corresponding to intersections of these wirings, and a liquid crystal display device having a plurality of source electrodes formed corresponding to the plurality of thin film transistors,
When the plurality of gate wirings, drain electrode wirings, source electrode and common electrode, and common electrode wiring are provided, at least one of the common electrode and the common electrode wiring is nitride of Nb or nitride of an alloy containing Nb as a main component. A liquid crystal display device comprising a layer film.
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の層が形成されていることを特徴と
する液晶表示装置。13. The method according to claim 11, wherein a third layer made of a nitride of Nb or a nitride of an alloy containing Nb as a main component is formed under the first layer. Liquid crystal display device.
1の層と前記第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が形成され
ていることを特徴とする液晶表示装置。14. An insulating film made of a silicon oxide film according to claim 11, wherein an insulating film made of a silicon oxide film is formed on a wiring made of a laminated film having said first layer and said second layer. A liquid crystal display device characterized by the above-mentioned.
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。15. The liquid crystal display device according to claim 14, wherein said silicon oxide film is at least a part of a gate insulating film of said thin film transistor.
レイン電極配線若しくは前記ソース電極配線はクロム、
又はクロムとモリブデンの合金膜で形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。16. The device according to claim 11, wherein the drain electrode wiring or the source electrode wiring is made of chromium,
Or a liquid crystal display device formed of an alloy film of chromium and molybdenum.
レイン電極配線若しくは前記ソース電極配線の少なくと
も一部がクロム、又はクロムとモリブデンを含む合金膜
で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。17. The liquid crystal display device according to claim 11, wherein at least a part of the drain electrode wiring or the source electrode wiring is formed of chromium or an alloy film containing chromium and molybdenum.
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