JP6706653B2 - Active matrix substrate - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物半導体を用いて形成されたアクティブマトリクス基板に関する。 The present invention relates to an active matrix substrate formed using an oxide semiconductor.
液晶表示装置等に用いられるアクティブマトリクス基板は、画素毎に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、「TFT」)などのスイッチング素子を備えている。このようなTFT(以下、「画素TFT」)としては、従来から、アモルファスシリコン膜を活性層とするTFT(以下、「アモルファスシリコンTFT」)や多結晶シリコン膜を活性層とするTFT(以下、「多結晶シリコンTFT」)が広く用いられている。 An active matrix substrate used in a liquid crystal display device or the like includes a switching element such as a thin film transistor (hereinafter, referred to as “TFT”) for each pixel. As such a TFT (hereinafter, “pixel TFT”), a TFT having an amorphous silicon film as an active layer (hereinafter, “amorphous silicon TFT”) or a TFT having a polycrystalline silicon film as an active layer (hereinafter, “Polycrystalline silicon TFT”) is widely used.
一方、駆動回路などの周辺回路を、基板上にモノリシック(一体的)に設ける技術が知られている。駆動回路をモノリシックに形成することによって、非表示領域の狭小化や、実装工程簡略化によるコストダウンが実現される。本明細書では、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成された周辺回路を構成するTFTを「回路TFT」と呼ぶ。 On the other hand, a technique is known in which peripheral circuits such as a drive circuit are monolithically (integrally) provided on a substrate. By forming the drive circuit monolithically, the non-display area can be narrowed and the cost can be reduced by simplifying the mounting process. In the present specification, TFTs that form a peripheral circuit monolithically formed on the active matrix substrate are referred to as “circuit TFTs”.
TFTの活性層の材料として、アモルファスシリコンや多結晶シリコンに代わって、酸化物半導体を用いる場合がある。このようなTFTを「酸化物半導体TFT」と称する。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高い移動度を有している。このため、酸化物半導体TFTは、アモルファスシリコンTFTよりも高速で動作することが可能である。従って、酸化物半導体TFTは、画素TFTのみでなく、回路TFTとしても好適に用いられ得る。 As a material for the active layer of the TFT, an oxide semiconductor may be used in place of amorphous silicon or polycrystalline silicon. Such a TFT is called an "oxide semiconductor TFT". An oxide semiconductor has higher mobility than amorphous silicon. Therefore, the oxide semiconductor TFT can operate at higher speed than the amorphous silicon TFT. Therefore, the oxide semiconductor TFT can be suitably used not only as a pixel TFT but also as a circuit TFT.
アクティブマトリクス基板は、また、複数のゲートバスラインおよび複数のソースバスラインを含んでおり、画素TFTのゲート電極は対応する1つのゲートバスライン、ソース電極は対応する1つのソースバスラインに電気的に接続される。画素TFTのゲート電極はゲートバスラインと同じ導電膜から形成され、ソースおよびドレイン電極はソースバスラインと同じ導電膜から形成されることが多い。本明細書では、ゲートバスラインと同じ導電膜から形成された層を「ゲートメタル層」、ソースバスラインと同じ導電膜から形成された層を「ソースメタル層」と称する。ゲートメタル層およびソースメタル層には、例えば、銅(Cu)層、アルミニウム(Al)層などの金属層が用いられる。 The active matrix substrate also includes a plurality of gate bus lines and a plurality of source bus lines. The gate electrode of the pixel TFT is electrically connected to one corresponding gate bus line, and the source electrode is electrically connected to one corresponding source bus line. Connected to. The gate electrode of the pixel TFT is often formed of the same conductive film as the gate bus line, and the source and drain electrodes are often formed of the same conductive film as the source bus line. In this specification, a layer formed of the same conductive film as the gate bus line is called a "gate metal layer", and a layer formed of the same conductive film as the source bus line is called a "source metal layer". For the gate metal layer and the source metal layer, a metal layer such as a copper (Cu) layer or an aluminum (Al) layer is used.
近年、特に大型の表示パネルにおいて、高解像度化が進んでいる。例えば、「4K」(3840x2160画素)の4倍(あるいは「フルHD」(1920x1080画素)の16倍)に相当する「8K」(7680x4320画素)の解像度を有する表示パネルも開発されている。 In recent years, particularly in large-sized display panels, higher resolution has been advanced. For example, a display panel having a resolution of "8K" (7680x4320 pixels) corresponding to four times "4K" (3840x2160 pixels) (or 16 times "full HD" (1920x1080 pixels)) has been developed.
表示パネルの大型化と高精細化に伴い、画素数が増加し、一画素当たりの書き込み時間Tgが短くなる。このため、ゲートバスラインの時定数を小さくする必要があり、ゲートメタル層のさらなる低抵抗化が求められている。 As the display panel becomes larger and the definition becomes higher, the number of pixels increases and the writing time Tg per pixel becomes shorter. Therefore, it is necessary to reduce the time constant of the gate bus line, and it is required to further reduce the resistance of the gate metal layer.
ゲートメタル層のシート抵抗を低減するために、ゲートメタル層に、Al層よりも電気抵抗の低いCu層を用いることが好ましい。例えば特許文献1は、ゲートメタル層の主たる層としてCu層を用い、かつ、Cu層と基板表面(または下地表面)との密着性を確保する目的で、Cu層の基板側にチタン(Ti)層を設けることを開示している。本明細書では、このような積層構造を「Cu/Ti積層メタル構造」と称する。
In order to reduce the sheet resistance of the gate metal layer, it is preferable to use a Cu layer having a lower electric resistance than the Al layer for the gate metal layer. For example, in
しかしながら、本発明者が検討したところ、Cu層を用いても、ゲートメタル層のシート抵抗を所望の値まで低減できない場合があった。 However, as a result of studies by the present inventors, there were cases where the sheet resistance of the gate metal layer could not be reduced to a desired value even if the Cu layer was used.
例えば、Cu/Ti積層メタル構造を有するゲートメタル層をアクティブマトリクス基板に適用すると、次のような問題が生じ得る。 For example, when a gate metal layer having a Cu/Ti laminated metal structure is applied to an active matrix substrate, the following problems may occur.
ボトムゲート型の画素TFTを備えたアクティブマトリクス基板では、基板上にゲートメタル層を形成した後に、ゲート絶縁層、半導体層およびソースメタル層の形成などのTFTプロセスが行われる。このTFTプロセスにおいて、プラズマCVD法による膜形成、酸化物半導体層に対するアニール処理等の熱の影響を受けて、ゲートメタル層の下層に含まれるTiがCu層へ拡散する可能性がある。この結果、Cu層が高抵抗化され、ゲートメタル層のシート抵抗が高くなってしまう。 In an active matrix substrate having a bottom gate type pixel TFT, a TFT process such as forming a gate insulating layer, a semiconductor layer and a source metal layer is performed after forming a gate metal layer on the substrate. In this TFT process, Ti contained in the lower layer of the gate metal layer may diffuse into the Cu layer under the influence of heat such as film formation by the plasma CVD method and annealing treatment for the oxide semiconductor layer. As a result, the Cu layer has a high resistance, and the sheet resistance of the gate metal layer becomes high.
このように、従来は、ゲートメタル層のシート抵抗を低く抑えることは困難であった。 As described above, conventionally, it was difficult to keep the sheet resistance of the gate metal layer low.
本発明の一実施形態は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低抵抗なゲートメタル層を備えたアクティブマトリクス基板を提供する、あるいは、低抵抗であり、かつ、密着性に優れたゲートメタル層を備えたアクティブマトリクス基板を提供することにある。 One embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an active matrix substrate having a low-resistance gate metal layer, or to have low resistance and adhesion. An object is to provide an active matrix substrate having an excellent gate metal layer.
本明細書は、以下の項目に記載のアクティブマトリクス基板を開示している。
[項目1]
複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、銅合金層と銅層とを含む積層構造を有し、前記銅合金層は前記ゲートメタル層の最下層であり、前記銅層は、前記銅合金層上に配置されており、
前記銅合金層は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含む銅合金からなり、前記少なくとも1つの添加金属元素はAlを含み、前記銅合金におけるAlの含有量は2at%以上8at%以下である、アクティブマトリクス基板。
[項目2]
前記少なくとも1つの添加金属元素はMgをさらに含む、項目1に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目3]
前記銅合金におけるMgの含有量は1at%以上3at%以下である、項目1または2に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目4]
前記銅合金におけるCuの含有量は80at%以上である、項目1から3のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目5]
前記少なくとも1つの添加金属元素はPを含まない、項目1から4のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目6]
前記ゲート絶縁層は、前記銅層の上面と直接接する酸素含有シリコン層を含み、前記酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、項目1から5のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目7]
前記酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、項目6に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目8]
前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、項目7に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目9]
前記ゲート絶縁層は、前記酸素含有シリコン層、前記酸化物半導体層と直接接する他の酸素含有シリコン層、および、前記酸素含有シリコン層と前記他の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記他の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、項目6から8のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目10]
前記他の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層であり、
前記ゲート絶縁層は、前記他の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、項目9に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記銅合金層の厚さは、前記銅層の厚さよりも小さい、項目1から10のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記銅合金層の厚さは30nm以上である、項目1から11のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目13]
前記ゲートメタル層の全体の厚さは550nm以下であり、前記ゲートメタル層のシート抵抗は0.05Ω/□以下である、項目1から12のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目14]
前記基板はガラス基板であり、前記銅合金層は前記ガラス基板の表面と直接接している、項目1から13のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目15]
複数の画素領域を有するアクティブマトリクス基板であって、
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記ゲート絶縁層と直接接する銅層を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と直接接する第1の酸素含有シリコン層、前記銅層の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層、および、前記第1の酸素含有シリコン層と前記第2の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層を含む積層構造を有し、
前記第1の酸素含有シリコン層および前記第2の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、アクティブマトリクス基板。
[項目16]
前記第2の酸素含有シリコン層は、SiOxNy(2>x>0、4/3>y>0)で表される酸窒化シリコン層であり、xおよびyは、0.4≦x/(x+y)<1を満たす、項目15に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目17]
前記xおよび前記yは、x≧yを満たす、項目16に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目18]
前記第1の酸素含有シリコン層は酸化シリコン層である、項目15から17のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目19]
前記第1の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に、酸窒化シリコンからなる中間層をさらに含む、項目18に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目20]
前記酸化物半導体層は、In、GaおよびZnを含む、項目1から19のいずれかに記載のアクティブマトリクス基板。
[項目11]
前記酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体を含む、項目10に記載のアクティブマトリクス基板。
[項目12]
前記酸化物半導体層は結晶質部分を含む、項目11に記載のアクティブマトリクス基板。
This specification discloses the active matrix substrate described in the following items.
[Item 1]
An active matrix substrate having a plurality of pixel regions,
Board,
A source metal layer including a plurality of source bus lines supported on the substrate; and a gate metal layer including a plurality of gate bus lines,
A thin film transistor and a pixel electrode arranged in each of the plurality of pixel regions,
The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer covering the gate electrode, an oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer. And the gate electrode is formed in the gate metal layer and electrically connected to a corresponding one of the plurality of gate bus lines, and the source electrode is formed of the plurality of source bus lines. Electrically connected to the corresponding one, the drain electrode is electrically connected to the pixel electrode,
The gate metal layer has a laminated structure including a copper alloy layer and a copper layer, the copper alloy layer is the bottom layer of the gate metal layer, the copper layer is disposed on the copper alloy layer Cage,
The copper alloy layer is made of a copper alloy containing Cu and at least one additional metal element, the at least one additional metal element contains Al, and the content of Al in the copper alloy is 2 at% or more and 8 at% or less. There is an active matrix substrate.
[Item 2]
[Item 3]
[Item 4]
4. The active matrix substrate according to any one of
[Item 5]
[Item 6]
The active according to any one of
[Item 7]
The oxygen-containing silicon layer is a silicon oxynitride layer represented by SiOxNy (2>x>0, 4/3>y>0), and x and y are 0.4≦x/(x+y)<1. 7. The active matrix substrate according to item 6, which satisfies:
[Item 8]
8. The active matrix substrate according to
[Item 9]
The gate insulating layer is the oxygen-containing silicon layer, another oxygen-containing silicon layer that is in direct contact with the oxide semiconductor layer, and silicon nitride located between the oxygen-containing silicon layer and the other oxygen-containing silicon layer. Has a laminated structure including layers,
9. The active matrix substrate according to any of items 6 to 8, wherein the other oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer.
[Item 10]
The other oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer,
10. The active matrix substrate according to
[Item 11]
11. The active matrix substrate according to any one of
[Item 12]
12. The active matrix substrate according to any one of
[Item 13]
13. The active matrix substrate according to any one of
[Item 14]
14. The active matrix substrate according to any one of
[Item 15]
An active matrix substrate having a plurality of pixel regions,
Board,
A source metal layer including a plurality of source bus lines supported on the substrate; and a gate metal layer including a plurality of gate bus lines,
A thin film transistor and a pixel electrode arranged in each of the plurality of pixel regions,
The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer covering the gate electrode, an oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer. And the gate electrode is formed in the gate metal layer and electrically connected to a corresponding one of the plurality of gate bus lines, and the source electrode is formed of the plurality of source bus lines. Electrically connected to the corresponding one, the drain electrode is electrically connected to the pixel electrode,
The gate metal layer includes a copper layer that is in direct contact with the gate insulating layer,
The gate insulating layer includes a first oxygen-containing silicon layer in direct contact with the oxide semiconductor layer, a second oxygen-containing silicon layer in direct contact with an upper surface of the copper layer, and the first oxygen-containing silicon layer and the A laminated structure including a silicon nitride layer located between the second oxygen-containing silicon layer,
The active matrix substrate, wherein the first oxygen-containing silicon layer and the second oxygen-containing silicon layer are silicon oxide layers or silicon oxynitride layers.
[Item 16]
The second oxygen-containing silicon layer is a silicon oxynitride layer represented by SiOxNy (2>x>0, 4/3>y>0), and x and y are 0.4≦x/(x+y). ) The active matrix substrate according to
[Item 17]
17. The active matrix substrate according to item 16, wherein the x and the y satisfy x≧y.
[Item 18]
Item 18. The active matrix substrate according to any one of
[Item 19]
19. The active matrix substrate according to item 18, further comprising an intermediate layer made of silicon oxynitride between the first oxygen-containing silicon layer and the silicon nitride layer.
[Item 20]
20. The active matrix substrate according to any one of
[Item 11]
[Item 12]
12. The active matrix substrate according to
本発明の一実施形態によると、低抵抗なゲートメタル層を備えたアクティブマトリクス基板を提供できる、あるいは、低抵抗であり、かつ、密着性に優れたゲートメタル層を備えたアクティブマトリクス基板を提供できる。 According to an embodiment of the present invention, an active matrix substrate having a low resistance gate metal layer can be provided, or an active matrix substrate having a low resistance and excellent adhesion is provided. it can.
(第1の実施形態)
本発明者は、低いシート抵抗と高い密着性とを両立し得る配線構造について、検討を重ねた。その結果、Cu層の基板側に、所定の組成を有するCu合金層を設けることにより、低いシート抵抗を確保しつつ、基板表面との密着性を改善できることを見出した。本明細書では、このような構造を「Cu/Cu合金積層メタル構造」と呼ぶ。
(First embodiment)
The present inventor has repeatedly studied a wiring structure that can achieve both low sheet resistance and high adhesion. As a result, they have found that by providing a Cu alloy layer having a predetermined composition on the substrate side of the Cu layer, it is possible to improve the adhesion to the substrate surface while ensuring a low sheet resistance. In this specification, such a structure is referred to as a "Cu/Cu alloy laminated metal structure".
以下、図面を参照しながら、本発明によるアクティブマトリクス基板の一実施形態を説明する。 An embodiment of an active matrix substrate according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のアクティブマトリクス基板1000の平面構造の一例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a planar structure of an
アクティブマトリクス基板1000は、表示領域DRと、表示領域DR以外の領域(非表示領域または額縁領域)FRとを有している。表示領域DRは、マトリクス状に配列された画素領域Pixによって構成されている。画素領域Pixは、表示装置の画素に対応する領域であり、単に「画素」と呼ぶこともある。各画素領域Pixは、画素TFTであるTFT101と、画素電極PEとを有する。図示していないが、アクティブマトリクス基板1000をFFS(Fringe Field Switching)モードなどの横電界モードの表示装置に適用する場合、アクティブマトリクス基板1000には、画素電極PEと絶縁層(誘電体層)を介して対向するように共通電極が設けられる。
The
非表示領域FRは、表示領域DRの周辺に位置し、表示に寄与しない領域である。非表示領域FRは、端子部が形成される端子部形成領域、駆動回路が一体的(モノリシック)に設けられる駆動回路形成領域などを含んでいる。駆動回路形成領域には、例えばゲートドライバGD、検査回路(不図示)などがモノリシックに設けられている。ソースドライバSDは、例えば、アクティブマトリクス基板1000に実装されている。
The non-display area FR is an area located around the display area DR and does not contribute to the display. The non-display area FR includes a terminal portion formation area in which a terminal portion is formed, a drive circuit formation area in which a drive circuit is integrally (monolithically) provided, and the like. In the drive circuit formation region, for example, a gate driver GD, an inspection circuit (not shown), etc. are monolithically provided. The source driver SD is mounted on, for example, the
表示領域DRには、第1の方向(ここでは列方向)に延びる複数のソースバスラインSLと、第1の方向に交差する第2の方向(ここでは行方向)に延びる複数のゲートバスラインGLとが形成されている。各画素は、例えばゲートバスラインGLおよびソースバスラインSLで規定されている。ゲートバスラインGLは、それぞれ、ゲートドライバGDの各端子に接続されている。ソースバスラインSLは、それぞれ、アクティブマトリクス基板1000に実装されたソースドライバSDの各端子に接続されている。
In the display region DR, a plurality of source bus lines SL extending in a first direction (here, column direction) and a plurality of gate bus lines extending in a second direction (here, row direction) intersecting the first direction. GL is formed. Each pixel is defined by the gate bus line GL and the source bus line SL, for example. The gate bus lines GL are connected to the respective terminals of the gate driver GD. The source bus lines SL are connected to the respective terminals of the source driver SD mounted on the
<画素領域Pixの構成>
次いで、アクティブマトリクス基板1000における各画素領域Pixの構成を説明する。ここでは、FFSモードのLCDパネルに適用されるアクティブマトリクス基板を例に説明する。
<Structure of Pixel Region Pix>
Next, the structure of each pixel region Pix in the
図2(a)は、アクティブマトリクス基板1000における1つの画素領域Pixの平面図であり、図2(b)および(c)は、それぞれ、図2(a)におけるA−A’線およびB−B’線に沿った断面図である。
2A is a plan view of one pixel region Pix in the
画素領域Pixは、ソースバスラインSLおよびゲートバスラインGLに包囲された領域である。画素領域Pixは、基板1と、基板1に支持されたTFT101と、下部透明電極15と、上部透明電極19とを有している。この例では、下部透明電極15は共通電極CEであり、上部透明電極19は画素電極PEである。なお、下部透明電極15が画素電極PE、上部透明電極19が共通電極CEであってもよい。
The pixel region Pix is a region surrounded by the source bus line SL and the gate bus line GL. The pixel region Pix has the
TFT101は、例えば、チャネルエッチ型のボトムゲート構造TFTである。TFT101は、ゲート電極3と、ゲート電極3を覆うゲート絶縁層5と、ゲート絶縁層5上に配置された酸化物半導体層7と、酸化物半導体層7に電気的に接続されたソース電極8およびドレイン電極9とを有する。
The
ゲート電極3は、複数のゲートバスラインGLを含むゲートメタル層内に形成されている。つまり、ゲート電極3とゲートバスラインGLとは同じ導電膜を用いて形成されている。ゲート電極3は、複数のゲートバスラインGLの対応する1つに電気的に接続されている。図示するように、ゲート電極3と対応するゲートバスラインGLとが一体的に形成されていてもよい。
The
本実施形態では、ゲートメタル層は、基板1側から銅合金層g1と銅層g2とを含む積層構造(Cu/Cu合金積層メタル構造)を有する。
In this embodiment, the gate metal layer has a laminated structure (Cu/Cu alloy laminated metal structure) including the copper alloy layer g1 and the copper layer g2 from the
銅合金層g1はゲートメタル層の最下層であり、例えば基板1の表面と直接接している。図示しないが、基板1とゲートメタル層との間に下地絶縁膜が設けられている場合には、銅合金層g1は下地絶縁膜と直接接する。銅層g2は、銅合金層g1上に配置されている。銅層g2は、銅合金層g1の上面と接していてもよい。
The copper alloy layer g1 is the lowermost layer of the gate metal layer and is in direct contact with the surface of the
銅合金層g1は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含むCu合金からなる層である。Cu合金の添加金属元素はAlを含み、Cu合金におけるAlの含有量は2at%以上8at%以下である。Alを2at%以上含むことで、基板表面に対する密着性を改善できる。また、ゲートメタル層の耐腐食性を改善できるので、信頼性を向上できる。一方、Alの含有量が8at%以下であれば、Alが銅層g2を酸化することによる銅層g2の高抵抗化を抑制できる。 The copper alloy layer g1 is a layer made of a Cu alloy containing Cu and at least one additive metal element. The additive metal element of the Cu alloy contains Al, and the content of Al in the Cu alloy is 2 at% or more and 8 at% or less. By containing 2 at% or more of Al, the adhesion to the substrate surface can be improved. Moreover, since the corrosion resistance of the gate metal layer can be improved, the reliability can be improved. On the other hand, when the content of Al is 8 at% or less, it is possible to suppress the resistance increase of the copper layer g2 due to the oxidation of the copper layer g2 by Al.
Cu合金は、Cu−Al合金(2元系)であってもよい。あるいは、Cu合金は、添加金属元素として、Alに加えて、Mg、Ca、Mo、Mnなどの他の金属元素を含んでもよい。他の金属元素の種類、含有量などは特に限定しない。ただし、Cu合金は、半導体への不純物の観点から、リン(P)、ナトリウム(Na)、ボロン(B)などを含まないことが好ましい。 The Cu alloy may be a Cu-Al alloy (binary system). Alternatively, the Cu alloy may include other metal elements such as Mg, Ca, Mo, and Mn in addition to Al as an additional metal element. The types and contents of other metal elements are not particularly limited. However, it is preferable that the Cu alloy does not contain phosphorus (P), sodium (Na), boron (B), etc. from the viewpoint of impurities to the semiconductor.
一例として、Cu合金は、添加金属元素として、AlおよびMgを含んでもよい。Alに加えてMgを添加することで、耐腐食性等の信頼性をさらに高めることができ、Cu合金の安定性を向上できる。この場合、Mgの含有量は、例えば、1at%以上3at%以下であってもよい。Mgの含有量は、Alの含有量以下でもよい。Cu合金は、Cu−Al−Mg合金(3元系)であってもよいし、他の金属元素をさらに含んでもよい。 As an example, the Cu alloy may include Al and Mg as additional metal elements. By adding Mg in addition to Al, the reliability such as corrosion resistance can be further enhanced and the stability of the Cu alloy can be improved. In this case, the content of Mg may be, for example, 1 at% or more and 3 at% or less. The content of Mg may be equal to or less than the content of Al. The Cu alloy may be a Cu-Al-Mg alloy (ternary system) or may further contain another metal element.
なお、本明細書において、「Cu合金」とは、Cuを主たる金属元素とする合金を指す。Cu合金におけるCuの含有量は、例えば80at%以上98at%以下である。 In the present specification, the “Cu alloy” refers to an alloy containing Cu as a main metal element. The Cu content in the Cu alloy is, for example, 80 at% or more and 98 at% or less.
銅層g2は、Cuを主成分とする層である。銅層g2におけるCuの含有率は例えば90%以上であってもよい。好ましくは、銅層g2は、純Cu層(Cuの含有率:例えば99.99%以上)である。 The copper layer g2 is a layer containing Cu as a main component. The Cu content in the copper layer g2 may be, for example, 90% or more. Preferably, the copper layer g2 is a pure Cu layer (Cu content ratio: for example, 99.99% or more).
銅合金層g1および銅層g2は、不可避不純物を含んでいてもよい。 The copper alloy layer g1 and the copper layer g2 may contain unavoidable impurities.
酸化物半導体層7は、その少なくとも一部がゲート絶縁層5を介してゲート電極3と重なるように配置されている。酸化物半導体層7は、例えばIn−Ga−Zn−O系半導体層である。
The
ソース電極8およびドレイン電極9は、それぞれ、酸化物半導体層7の上面の一部と接するように配置されている。酸化物半導体層7のうち、ソース電極8と接する部分をソースコンタクト領域、ドレイン電極9と接する部分をドレインコンタクト領域と呼ぶ。基板1の法線方向から見たとき、ソースコンタクト領域およびドレインコンタクト領域の間に位置し、かつ、ゲート電極3と重なっている領域が「チャネル領域」となる。ソース電極8は、複数のソースバスラインSLの対応する1つに電気的に接続されている。ドレイン電極9は、画素電極PEと電気的に接続されている。
The
ソース電極8およびドレイン電極9は、複数のソースバスラインSLを含むソースメタル層内に形成されていてもよい。つまり、ソース電極8、ドレイン電極9とソースバスラインSLとは同じ導電膜を用いて形成されていてもよい。ソース電極8は、対応するソースバスラインSLと一体的に形成されていてもよい。
The
TFT101、ゲートメタル層およびソースメタル層は、層間絶縁層13で覆われている。層間絶縁層13は、特に限定しないが、例えば、無機絶縁層(パッシベーション膜)11と、無機絶縁層11上に配置された有機絶縁層12とを含んでいてもよい。無機絶縁層11は、TFT101のチャネル領域と接していてもよい。なお、層間絶縁層13は有機絶縁層を含んでいなくてもよい。
The
層間絶縁層13上には、共通電極CEとなる下部透明電極15、誘電体層17、および画素電極PEとなる上部透明電極19が設けられる。画素電極PEおよび共通電極CEは、層間絶縁層13上に、誘電体層17を介して部分的に重なるように配置されている。画素電極PEは、画素毎に分離されている。共通電極CEは、画素毎に分離されていなくても構わない。ここでは、共通電極CEは、層間絶縁層13上に形成されている。画素電極PEは、誘電体層17上に形成され、層間絶縁層13および誘電体層17に設けられたコンタクトホールCH内で、ドレイン電極9と電気的に接続されている。この例では、層間絶縁層13の開口部13pと誘電体層17の開口部17pとが重なる部分がコンタクトホールCHとなる。図示していないが、画素電極PEは、画素ごとに少なくとも1つのスリットまたは切り欠き部を有している。共通電極CEは、コンタクトホールCHが形成されている領域に開口部15pを有している。共通電極CEは、この領域を除く画素領域Pix全体に亘って形成されていてもよい。
On the inter-layer insulating
このようなアクティブマトリクス基板1000は、例えばFFSモードの表示装置に適用され得る。FFSモードは、一方の基板に一対の電極(画素電極PEおよび共通電極CE)を設けて、液晶分子に、基板面に平行な方向(横方向)に電界を印加する横方向電界方式のモードである。
Such an
本実施形態のアクティブマトリクス基板は、VAモードなどの縦電界駆動方式の表示装置に適用してもよい。その場合、共通電極CEは、アクティブマトリクス基板に液晶層を挟んで対向して配置される対向基板に形成される。 The active matrix substrate of this embodiment may be applied to a vertical electric field drive type display device such as a VA mode. In that case, the common electrode CE is formed on the counter substrate which is arranged to face the active matrix substrate with the liquid crystal layer interposed therebetween.
<本実施形態による効果>
本実施形態のアクティブマトリクス基板1000では、ゲートメタル層の銅層g2の基板側に銅合金層g1が設けられているので、基板1の表面に対する密着性を向上できる。
<Effects of this embodiment>
In the
上述したように、Cu/Ti積層メタル構造を有する従来のゲートメタル層では、TFTプロセスにおける熱の影響によってTiがCu層に拡散することで、シート抵抗が高くなる可能性があった。これに対し、本実施形態では、TFTプロセスを行った後も、ゲートメタル層は低いシート抵抗を維持することが可能である。これは、ゲートメタル層の下層におけるCu以外の金属元素(Alなど)の含有量が抑えられているため(例えばCuの含有量が95%のときの添加金属元素の合計含有量は5%)、金属元素が銅層g2に拡散しても、その拡散による銅層g2の高抵抗化が抑制されるからである。従って、低いシート抵抗を有し、かつ、密着性に優れたゲートメタル層を実現できる。 As described above, in the conventional gate metal layer having the Cu/Ti laminated metal structure, the sheet resistance may increase due to the diffusion of Ti into the Cu layer due to the influence of heat in the TFT process. On the other hand, in this embodiment, the gate metal layer can maintain a low sheet resistance even after the TFT process. This is because the content of metal elements other than Cu (such as Al) in the lower layer of the gate metal layer is suppressed (for example, the total content of added metal elements is 5% when the content of Cu is 95%). This is because even if the metal element diffuses into the copper layer g2, the resistance increase of the copper layer g2 due to the diffusion is suppressed. Therefore, a gate metal layer having low sheet resistance and excellent adhesion can be realized.
銅合金層g1におけるCuの含有量は、例えば80at%以上であってもよい。これにより、Alなどの添加金属元素の合計含有量が20at%以下に抑えられるので、添加金属元素の拡散による銅層g2の高抵抗化をより効果的に抑制できる。 The Cu content in the copper alloy layer g1 may be, for example, 80 at% or more. As a result, the total content of the additive metal elements such as Al is suppressed to 20 at% or less, so that the resistance increase of the copper layer g2 due to the diffusion of the additive metal elements can be suppressed more effectively.
銅合金層g1の厚さは、例えば30nm以上であることが好ましい。これにより、基板1の表面(または下地表面)に対する密着性をより高めることができる。一方、銅合金層g1の厚さは、例えば100nm以下であってもよい。これにより、ゲートメタル層全体の厚さの増大を抑えることができる。銅合金層g1の厚さは、銅層g2の厚さよりも小さくてもよい。電気抵抗の低い銅層g2を厚くすることで、ゲートメタル層のシート抵抗をより効果的に低くできる。
The copper alloy layer g1 preferably has a thickness of, for example, 30 nm or more. Thereby, the adhesiveness to the surface (or the base surface) of the
本実施形態は、次のようなメリットも有している。Cu/Ti積層メタル構造を有する従来のゲートメタル層を形成する際には、ゲートメタル層のパターニングには、例えば、フッ化アンモニウムおよび/または酸性フッ化アンモニウムを含む過酸化水素系エッチング液が用いられる。これにより、Cu層およびTi層の両方がエッチングされる。しかしながら、ゲートメタル層をガラス基板表面に直接形成する場合には、下地であるガラス基板の表面部分もゲートパターンに沿ってエッチングされてしまい、ガラス基板の強度が低下する可能性があった。これに対し、本実施形態では、ゲートメタル層のパターニングに、フッ化アンモニウムも酸性フッ化アンモニウムも含まない過酸化水素系エッチング液を用いることが可能である。このエッチング液によって、銅層g2および銅合金層g1の両方がエッチングされるが、ガラス基板はほとんどエッチングされない。従って、ガラス基板のオーバーエッチングを抑制できるので、ガラス基板の強度を確保できる。 The present embodiment also has the following advantages. When forming a conventional gate metal layer having a Cu/Ti laminated metal structure, for example, a hydrogen peroxide-based etching solution containing ammonium fluoride and/or ammonium acid fluoride is used for patterning the gate metal layer. Be done. This etches both the Cu and Ti layers. However, when the gate metal layer is directly formed on the surface of the glass substrate, the surface portion of the underlying glass substrate is also etched along the gate pattern, which may reduce the strength of the glass substrate. On the other hand, in the present embodiment, it is possible to use a hydrogen peroxide-based etching solution containing neither ammonium fluoride nor acidic ammonium fluoride for patterning the gate metal layer. Both the copper layer g2 and the copper alloy layer g1 are etched by this etching solution, but the glass substrate is hardly etched. Therefore, the over-etching of the glass substrate can be suppressed, and the strength of the glass substrate can be secured.
また、フッ化アンモニウムも酸性フッ化アンモニウムも含まない過酸化水素系エッチング液を用いることにより、フッ化アンモニウムおよび/または酸性フッ化アンモニウムを含む過酸化水素系エッチング液を用いる場合よりも、ゲートメタル層の側面のシフト量を小さくできるというメリットもある。 In addition, by using a hydrogen peroxide-based etching solution containing neither ammonium fluoride nor acidic ammonium fluoride, the gate metal can be used as compared with the case of using a hydrogen peroxide-based etching solution containing ammonium fluoride and/or acidic ammonium fluoride. There is also an advantage that the shift amount on the side surface of the layer can be reduced.
さらに、本実施形態のアクティブマトリクス基板を用いた表示パネルでは、Cu合金層の下面で反射されたバックライト光を再度利用することが可能になるので、Cu/Ti積層メタル構造のゲートメタル層を有する従来の表示パネルよりも、可視光に対する透過率を向上できる。 Further, in the display panel using the active matrix substrate of the present embodiment, the backlight light reflected on the lower surface of the Cu alloy layer can be reused, so that the gate metal layer having the Cu/Ti laminated metal structure is used. The transmittance with respect to visible light can be improved as compared with the conventional display panel.
<ゲート絶縁層の構造>
ここで、本実施形態におけるゲート絶縁層5の構造の一例を説明する。
<Structure of gate insulating layer>
Here, an example of the structure of the
ゲート絶縁層5には、酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)層、窒化シリコン(SiNz、0<z<4/3)層、酸窒化シリコン(SiOxNy、2>x>0、4/3>y>0)層などを用いることができる。ゲート絶縁層5は積層構造を有していてもよい。ここでいう「酸窒化シリコン」は、酸素比率xが窒素比率yよりも大きい(x>y)酸化窒化珪素、および、窒素比率yが酸素比率xよりも大きい(y>x)窒化酸化珪素を含む。本明細書では、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンのように酸素を含むシリコン層(絶縁層)を「酸素含有シリコン層」と総称する。
The
図7は、TFT101におけるゲート絶縁層の構造を説明するための図であり、図2(a)におけるA−A’線に沿った断面構造を示す。
FIG. 7 is a diagram for explaining the structure of the gate insulating layer in the
図7に例示するように、ゲート絶縁層5は、窒化シリコン層nと、窒化シリコン層nの上に配置された酸素含有シリコン層(以下、第1の酸素含有シリコン層)a1とを含む積層構造を有していてもよい。第1の酸素含有シリコン層a1は、ゲート絶縁層5の最上層であり、酸化物半導体層7と直接接する。第1の酸素含有シリコン層a1は、好ましくは酸化シリコン層である。第1の酸素含有シリコン層a1は、酸化窒化シリコン(SiOxNy、x>y)層であってもよい。また、窒化シリコン層nの代わりに窒化酸化シリコン(SiOxNy、y>x)層を用いてもよい。ただし、非透湿性に優れた窒化シリコン層nを用いることが好ましい。
As illustrated in FIG. 7, the
ゲート絶縁層5の最上層(すなわち酸化物半導体層と接する層)として、第1の酸素含有シリコン層(例えばSiO2などの酸化物層)a1を用いると、酸化物半導体層7に酸素欠損が生じた場合に、酸化物層に含まれる酸素によって酸素欠損を回復することが可能となるので、酸化物半導体層7の酸素欠損を低減できる。また、第1の酸素含有シリコン層a1の基板1側に、バリア性に優れた窒化シリコン層nを設けることにより、基板1からの不純物等が酸化物半導体層7に拡散することを効果的に防止できる。
When the first oxygen-containing silicon layer (eg, an oxide layer such as SiO 2 ) a1 is used as the uppermost layer of the gate insulating layer 5 (that is, a layer in contact with the oxide semiconductor layer), the
<変形例>
ゲート絶縁層5は、銅層g2の上面と接する酸素含有シリコン層を含んでもよい。酸素含有シリコン層は、窒化シリコン層よりも安定性の高い膜であり、酸素含有シリコン層に含まれる不純物量も窒化シリコン層より少ない。このため、ゲート絶縁層5の最下層として酸素含有シリコン層(以下、第2の酸素含有シリコン層)を配置すると、ゲート絶縁層5から銅層g2への不純物の拡散が抑制される。従って、ゲートメタル層(銅層g2)のシート抵抗をより効果的に低減でき、また、シート抵抗のばらつきを抑制することが可能になる。
<Modification>
The
図8(a)および(b)は、それぞれ、変形例1および2のアクティブマトリクス基板におけるゲート絶縁層5を説明するための断面図である。以下では、図7に示すゲート絶縁層5と異なる点を主に説明し、共通の説明を適宜省略する。
8A and 8B are cross-sectional views for explaining the
図8(a)に示すように、変形例1のゲート絶縁層5は、窒化シリコン層nの基板1側に第2の酸素含有シリコン層a2をさらに有する点で、図7に示すゲート絶縁層5と異なる。すなわち、変形例1のゲート絶縁層5は、酸化物半導体層7と直接接する第1の酸素含有シリコン層a1、銅層g2の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層a2、および、第1の酸素含有シリコン層a1と第2の酸素含有シリコン層a2との間に位置する窒化シリコン層nを含む積層構造を有する。
As shown in FIG. 8A, the
第2の酸素含有シリコン層a2は、酸化シリコン層(SiOx、2>x>0)または酸窒化シリコン層(SiOxNy、2>x>0、4/3>y>0)である。これらのなかでは、銅層g2の表面に対する密着性を確保する観点から、酸窒化シリコン層を用いることが好ましい。第2の酸素含有シリコン層a2における酸素比率xおよび窒素比率yは、例えば、0.4≦x/(x+y)<1を満たすように設定され得る。x/(x+y)が0.4以上となるように酸素含有率を高くすることで、第2の酸素含有シリコン層a2の安定性を確保できるので、銅層g2への不純物の拡散をより効果的に抑制できる。好ましくは、酸素比率xは窒素比率y以上であり(x≧y)、より好ましくは、酸素比率xは窒素比率yよりも大きい(x>y、すなわちx/(x+y)>0.5)。一方、x/(x+y)が0.8以下(x/(x+y)≦0.8)であれば、銅層g2の表面に対する密着性をより確実に高めることができる。 The second oxygen-containing silicon layer a2 is a silicon oxide layer (SiOx, 2>x>0) or a silicon oxynitride layer (SiOxNy, 2>x>0, 4/3>y>0). Among these, it is preferable to use the silicon oxynitride layer from the viewpoint of ensuring the adhesion to the surface of the copper layer g2. The oxygen ratio x and the nitrogen ratio y in the second oxygen-containing silicon layer a2 can be set to satisfy, for example, 0.4≦x/(x+y)<1. By increasing the oxygen content rate such that x/(x+y) is 0.4 or more, the stability of the second oxygen-containing silicon layer a2 can be ensured, so that the diffusion of impurities into the copper layer g2 is more effective. Can be suppressed. Preferably, the oxygen ratio x is greater than or equal to the nitrogen ratio y (x≧y), and more preferably the oxygen ratio x is greater than the nitrogen ratio y (x>y, that is, x/(x+y)>0.5). On the other hand, when x/(x+y) is 0.8 or less (x/(x+y)≦0.8), the adhesion of the copper layer g2 to the surface can be more reliably enhanced.
なお、第2の酸素含有シリコン層a2は、厚さ方向に酸素比率xおよび窒素比率yが変化する傾斜層であってもよい。この場合、第2の酸素含有シリコン層a2の下面(ゲートメタル層に接する面)の組成(x、y)が上記の関係を満たしていればよい。 The second oxygen-containing silicon layer a2 may be a graded layer in which the oxygen ratio x and the nitrogen ratio y change in the thickness direction. In this case, the composition (x, y) of the lower surface (the surface in contact with the gate metal layer) of the second oxygen-containing silicon layer a2 should satisfy the above relationship.
図8(b)に示すように、変形例2のゲート絶縁層5は、第1の酸素含有シリコン層a1と窒化シリコン層nとの間に、酸窒化シリコンからなる中間層bをさらに含む点で、変形例1のゲート絶縁層5と異なる。
As shown in FIG. 8B, the
第1の酸素含有シリコン層a1(屈折率:例えば1.4〜1.5)および窒化シリコン層n(屈折率:例えば1.9〜2.0)の間に、これらの中間の屈折率を有する中間層bを設けることによって界面反射が少なくなる。この結果、干渉色をより効果的に抑制できる。 Between the first oxygen-containing silicon layer a1 (refractive index: for example, 1.4 to 1.5) and the silicon nitride layer n (refractive index: for example, 1.9 to 2.0), an intermediate refractive index between them is provided. By providing the intermediate layer b, the interface reflection is reduced. As a result, the interference color can be suppressed more effectively.
中間層bの組成は特に限定しない。例えば、中間層bにおける酸素比率xおよび窒素比率yは、0.3≦x/(x+y)≦0.7を満たすように設定されてもよい。例えば、x:yが約1:1となるように設定されてもよい。なお、中間層bは、厚さ方向に酸素比率xおよび窒素比率yが変化する傾斜層であってもよい。 The composition of the intermediate layer b is not particularly limited. For example, the oxygen ratio x and the nitrogen ratio y in the intermediate layer b may be set so as to satisfy 0.3≦x/(x+y)≦0.7. For example, x:y may be set to be about 1:1. The intermediate layer b may be a graded layer in which the oxygen ratio x and the nitrogen ratio y change in the thickness direction.
変形例1、2において、ゲート絶縁層5を構成する各層の厚さは特に限定されない。
In
窒化シリコン層nは、第1の酸素含有シリコン層a1、第2の酸素含有シリコン層a2および中間層bよりも厚いことが好ましい。これにより、ゲート絶縁層5のバリア性をより高めることができる。窒化シリコン層nの厚さは、例えば100nm以上500nm以下である。
The silicon nitride layer n is preferably thicker than the first oxygen-containing silicon layer a1, the second oxygen-containing silicon layer a2, and the intermediate layer b. Thereby, the barrier property of the
第1の酸素含有シリコン層a1の厚さは、例えば15nm以上であり、かつ、窒化シリコン層nの厚さ未満であってもよい。15nm以上であれば、酸化物半導体層7の酸素欠損をより確実に低減できる。
The thickness of the first oxygen-containing silicon layer a1 may be, for example, 15 nm or more and less than the thickness of the silicon nitride layer n. If it is 15 nm or more, oxygen vacancies in the
第2の酸素含有シリコン層a2の厚さは、例えば20nm以上であり、かつ、窒化シリコン層nの厚さ未満であってもよい。20nm以上であれば、銅層g2への不純物の拡散をより確実に抑制できる。 The thickness of the second oxygen-containing silicon layer a2 may be, for example, 20 nm or more and less than the thickness of the silicon nitride layer n. When the thickness is 20 nm or more, the diffusion of impurities into the copper layer g2 can be suppressed more reliably.
中間層bの厚さは、特に限定しないが、例えば100nm以上であり、かつ、窒化シリコン層nの厚さ未満であってもよい。100nm以上であれば、透湿防止効果が得られる。 The thickness of the intermediate layer b is not particularly limited, but may be, for example, 100 nm or more and less than the thickness of the silicon nitride layer n. If it is 100 nm or more, a moisture permeation preventing effect can be obtained.
本実施形態におけるゲート絶縁層5の積層構造は、図7〜図9に例示した構造に限定されない。ゲート絶縁層5は、5層以上の積層構造を有していてもよい。例えば、複数の中間層bを含んでもよい。あるいは、第2の酸素含有シリコン層a2と窒化シリコン層nとの間に、他の中間層を含んでもよい。
The laminated structure of the
<TFT101の製造方法>
以下、図2を参照しながら、TFT101の製造方法の一例を説明する。
<Method of
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
まず、基板1上に、ゲート電極3およびゲートバスラインGLを含むゲートメタル層を形成する。
First, a gate metal layer including the
基板1としては、例えばガラス基板、シリコン基板、耐熱性を有するプラスチック基板(樹脂基板)などを用いることができる。
As the
ゲートメタル層は、次のようにして形成される。まず、基板(例えばガラス基板)1上に、スパッタ法などによって、Cu合金膜およびCu膜をこの順で形成することにより、積層メタル膜を得る。次いで、積層メタル膜のウェットエッチングを行う。ウェットエッチングには、過酸化水素系エッチング液(フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウムを含まない)を用いる。これにより、銅合金層g1を下層、銅層g2を上層とする積層メタル構造を有するゲートメタル層が得られる。ゲートメタル層は、ゲート電極3およびゲートバスラインGLなどを含む。
The gate metal layer is formed as follows. First, a laminated metal film is obtained by forming a Cu alloy film and a Cu film in this order on a substrate (for example, a glass substrate) 1 by a sputtering method or the like. Next, wet etching of the laminated metal film is performed. For wet etching, a hydrogen peroxide-based etching solution (containing no ammonium fluoride or acidic ammonium fluoride) is used. As a result, a gate metal layer having a laminated metal structure in which the copper alloy layer g1 is the lower layer and the copper layer g2 is the upper layer is obtained. The gate metal layer includes the
なお、ゲートメタル層は、銅合金層g1および銅層g2を含んでいればよく、3層以上の積層構造を有していてもよい。例えば、銅層g2上にさらなるCu合金層を有していてもよい。ただし、過酸化水素系エッチング液を用いたウェットエッチングでパターニングするためには、ゲートメタル層はTi層、W層またはその合金などを含んでいないことが好ましい。 The gate metal layer has only to include the copper alloy layer g1 and the copper layer g2, and may have a laminated structure of three or more layers. For example, you may have the further Cu alloy layer on the copper layer g2. However, for patterning by wet etching using a hydrogen peroxide-based etching solution, it is preferable that the gate metal layer does not include a Ti layer, a W layer, or an alloy thereof.
次いで、ゲートメタル層を覆うようにゲート絶縁層5を形成する。ゲート絶縁層5は、CVD法等によって形成され得る。
Next, the
ゲート絶縁層5としては、酸化シリコン(SiO2)層、窒化シリコン(SiNz)層、酸化窒化シリコン(SiOxNy;x>y)層、窒化酸化シリコン(SiNzOy;x>y)層等を適宜用いることができる。これらの層は、公知の方法(例えばCVD法、プラズマCVD法など)により形成され得る。
As the
ゲート絶縁層5として、図7を参照しながら前述したように、例えば、基板側(下層)に、基板1からの不純物等の拡散防止のために窒化珪素層、窒化酸化珪素層等を形成し、その上の層(上層)に、絶縁性を確保するために酸化珪素層、酸化窒化珪素層等を形成してもよい。ここでは、基板1側から、厚さ300nmのSiNz膜および厚さ50nmのSiO2膜をこの順で含む積層膜を形成してもよい(図7参照)。
As the
あるいは、ゲート絶縁層5として、図8(a)を参照しながら前述したように、第2の酸素含有シリコン層a2として厚さ100nmのSiOxNy(例えばx≧y)層、窒化シリコン層nとして厚さ300nmのSiNz層、および、第1の酸素含有シリコン層a1として厚さ50nmのSiO2層をこの順で含む積層膜を形成してもよい。プラズマCVD法を用いる場合、SiOxNy層の組成は、原料ガス(SiH4)と、反応ガス(NH3、N2及びN2O)との流量比を調整することで制御できる。例えば、x:yが略1:1となるような流量比でSiOxNy層を形成してもよい。なお、SiOxNy層の厚さ方向でx:yが変化するように、流量比を段階的または連続的に変化させてもよい。
Alternatively, as the
または、ゲート絶縁層5として、図8(b)を参照しながら前述したように、第2の酸素含有シリコン層a2として厚さ100nmのSiOxNy(例えばx≧y)層、窒化シリコン層nとして厚さ300nmのSiNz層、中間層bとして厚さ100nmのSiOxNy(例えばx:y=約1:1)層、および、第1の酸素含有シリコン層a1として厚さ50nmのSiO2層をこの順で含む積層膜を形成してもよい。プラズマCVD法を用いる場合、第2の酸素含有シリコン層a2および中間層bとなるSiOxNy層の組成は、原料ガスおよび反応ガスの流量比を調整することで制御できる。第2の酸素含有シリコン層a2および中間層bの組成(x:y)は同じでもよいし、異なっていてもよい。第2の酸素含有シリコン層a2および中間層bとして、例えば、x:yが略1:1となるような流量比でSiOxNy層を形成してもよい。
Alternatively, as the
続いて、ゲート絶縁層5上に、例えばスパッタ法を用いて酸化物半導体膜(例えばIn−Ga−Zn―O系半導体膜)を形成する。酸化物半導体膜の厚さは、例えば30nm以上200nm以下であってもよい。この後、酸化物半導体膜のアニール処理を行ってもよい。ここでは、大気雰囲気中、300℃以上500℃以下の温度で熱処理を行う。熱処理時間は、例えば30分以上2時間以下である。次いで、酸化物半導体膜のパターニングを行い、酸化物半導体層7を得る。
Then, an oxide semiconductor film (for example, an In-Ga-Zn-O-based semiconductor film) is formed over the
次いで、ソース電極8およびドレイン電極9、ソースバスラインSLを含むソースメタル層を形成する。
Then, a source metal layer including the
ソースメタル層は、単層構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。ここでは、酸化物半導体層7の側からTi膜(厚さ:30nm)およびCu膜(厚さ:300nm)をこの順で形成し、得られた積層膜をパターニングすることで、ソースメタル層を得る。過酸化水素系エッチング液を用いて上層のCu膜をウェットエッチングでパターニングした後、下層のTi膜をドライエッチングでパターニングしてもよい。
The source metal layer may have a single layer structure or a laminated structure. Here, a Ti film (thickness: 30 nm) and a Cu film (thickness: 300 nm) are formed in this order from the
なお、ソースメタル層の材料として、例えばアルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を適宜用いることができる。この後、酸化物半導体層7のチャネル領域に対し酸化処理、例えばN2Oガスを用いたプラズマ処理を行ってもよい。このようにして、TFT101を得る。
The material of the source metal layer is, for example, a metal such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), chromium (Cr), titanium (Ti), copper (Cu), or an alloy thereof. Alternatively, a metal nitride thereof can be used as appropriate. After that, the channel region of the
次に、TFT101のチャネル領域と接するように、無機絶縁層11を形成する。無機絶縁層11は、例えば、酸化珪素(SiO2)膜、窒化珪素(SiNz)膜、酸化窒化珪素(SiOxNy;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiNzOy;x>y)膜等であってもよい。ここでは、無機絶縁層として、CVD法により、厚さが例えば300nmのSiO2層を形成する。無機絶縁層の形成温度は、例えば200℃以上450℃以下であってもよい。図示していないが、無機絶縁層11上に有機絶縁層を形成してもよい。有機絶縁層として、例えば、厚さが2000nmのポジ型の感光性樹脂膜を形成してもよい。
Next, the inorganic insulating
層間絶縁層13上には、共通電極CEとなる下部透明電極15、誘電体層17、および画素電極PEとなる上部透明電極19が設けられる。画素電極PEおよび共通電極CEは、それぞれ、例えばITO(インジウム・錫酸化物)膜、In−Zn−O系半導体(インジウム・亜鉛酸化物)膜、ZnO膜(酸化亜鉛膜)などから形成されていてもよい。画素電極PEおよび共通電極CEの厚さは、それぞれ、例えば50nm以上200nm以下であってもよい。誘電体層17は、例えば、窒化珪素(SiNz)膜、酸化珪素(SiOx)膜、酸化窒化珪素(SiOxNy;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiNzOy;x>y)膜等であってもよい。誘電体層17の厚さは、例えば70nm以上300nm以下であってもよい。
On the inter-layer insulating
(第2の実施形態)
図9(a)および(b)は、それぞれ、第2の実施形態のアクティブマトリクス基板を例示する断面図である。
(Second embodiment)
9A and 9B are cross-sectional views illustrating the active matrix substrate of the second embodiment, respectively.
本実施形態のアクティブマトリクス基板では、ゲート絶縁層5は、酸化物半導体層7と直接接する第1の酸素含有シリコン層a1、銅層g2の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層a2、および、第1の酸素含有シリコン層a1と第2の酸素含有シリコン層a2との間に位置する窒化シリコン層nを含む。ゲート絶縁層5は、図9(b)に例示するように、窒化シリコン層nと第1の酸素含有シリコン層a1との間に酸窒化シリコン層(中間層)bをさらに含んでもよい。各層の具体的な材料および厚さは、図8(a)および(b)を参照して前述した材料および厚さと同様であるため、説明を省略する。
In the active matrix substrate of this embodiment, the
本実施形態では、ゲートメタル層はCu層を含んでいればよい。図示するように、銅層g2を上層とし、高い密着性を有し得る金属層(例えば、銅合金層、Ti層またはMo層)m1を最下層とする積層構造を有してもよい。ゲートメタル層の最下層となる金属層m1は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含む銅合金層であってもよい。添加金属元素の種類および添加量は特に限定しない。つまり、金属層m1として、前述の実施形態における銅合金層g1とは異なる組成を有する銅合金層を用いてもよい。また、ゲートメタル層の最下層となる金属層m1は、Ti層またはMo層であってもよい。なお、ゲートメタル層は、Cu層の単層であってもよい。 In this embodiment, the gate metal layer may include the Cu layer. As shown in the figure, it may have a laminated structure in which the copper layer g2 is an upper layer and the metal layer (for example, a copper alloy layer, a Ti layer or a Mo layer) m1 which can have high adhesion is a lowermost layer. The lowermost metal layer m1 of the gate metal layer may be a copper alloy layer containing Cu and at least one additional metal element. The type and amount of the added metal element are not particularly limited. That is, as the metal layer m1, a copper alloy layer having a composition different from that of the copper alloy layer g1 in the above-described embodiment may be used. Further, the metal layer m1 which is the lowermost layer of the gate metal layer may be a Ti layer or a Mo layer. The gate metal layer may be a single layer of Cu layer.
本実施形態によると、ゲート絶縁層5の最下層として、第2の酸素含有シリコン層a2を設けることにより、ゲート絶縁層5から銅層g2への不純物の拡散を低減できるので、金属層m1の材料にかかわらず、不純物の拡散に起因するゲートメタル層のシート抵抗の上昇およびシート抵抗のばらつきを抑制できる。
According to the present embodiment, by providing the second oxygen-containing silicon layer a2 as the lowermost layer of the
(実施例および比較例)
<ゲートメタル層のシート抵抗の評価>
実施例1、2および比較例のアクティブマトリクス基板を作製し、ゲートメタル層のシート抵抗を比較した。
(Examples and Comparative Examples)
<Evaluation of sheet resistance of gate metal layer>
The active matrix substrates of Examples 1 and 2 and the comparative example were produced, and the sheet resistances of the gate metal layers were compared.
・実施例1のアクティブマトリクス基板の作製方法
まず、ガラス基板(厚さ:0.7mm)上に、Cu/Cu合金積層メタル構造を有するゲートメタル層を形成した。
-Method for Producing Active Matrix Substrate of Example 1 First, a gate metal layer having a Cu/Cu alloy laminated metal structure was formed on a glass substrate (thickness: 0.7 mm).
次いで、ゲートメタル層を覆うように、第2の酸素含有シリコン層a2、窒化シリコン層nおよび第1の酸素含有シリコン層a1を含むゲート絶縁層を形成した。実施例1では、ゲートメタル層上に、第2の酸素含有シリコン層a2として酸窒化シリコン層(厚さ:100nm)、窒化シリコン層n(厚さ:300nm)、および、第1の酸素含有シリコン層a1として酸化シリコン層(厚さ:50nm)をこの順で形成した。これらの膜の形成には、プラズマCVD法を用いた。酸窒化シリコン(SiOxNy)膜を形成する際には、x:yが略1:1となるように、原料ガス(SiH4)と反応ガス(NH3、N2及びN2O)との流量比を設定した。 Next, a gate insulating layer including the second oxygen-containing silicon layer a2, the silicon nitride layer n, and the first oxygen-containing silicon layer a1 was formed so as to cover the gate metal layer. In Example 1, a silicon oxynitride layer (thickness: 100 nm), a silicon nitride layer n (thickness: 300 nm), and a first oxygen-containing silicon layer were formed as the second oxygen-containing silicon layer a2 on the gate metal layer. A silicon oxide layer (thickness: 50 nm) was formed in this order as the layer a1. A plasma CVD method was used to form these films. When forming a silicon oxynitride (SiOxNy) film, the flow rates of the source gas (SiH 4 ) and the reaction gas (NH 3 , N 2 and N 2 O) are set so that x:y becomes approximately 1:1. The ratio was set.
続いて、ソースおよびドレイン電極を含むソースメタル層および画素TFTを形成することにより、サンプル基板A1〜C1を5個ずつ作製した。 Subsequently, by forming the source metal layer including the source and drain electrodes and the pixel TFT, five sample substrates A1 to C1 were produced.
・実施例2のアクティブマトリクス基板の作製方法
実施例2では、窒化シリコン層nおよび第1の酸素含有シリコン層a1を含み、かつ、第2の酸素含有シリコン層a2を含まないゲート絶縁層を形成した。具体的には、ゲートメタル層上に、窒化シリコン層n(厚さ:400nm)、および、第1の酸素含有シリコン層a1として酸化シリコン層(厚さ:50nm)をこの順で形成した。これらの膜は、実施例1と同様に、プラズマCVD法を用いて形成した。ゲート絶縁層以外は、実施例1と同様の方法で、サンプル基板A2、C2を5個ずつ作製した。
Manufacturing Method of Active Matrix Substrate of Second Embodiment In the second embodiment, a gate insulating layer including the silicon nitride layer n and the first oxygen-containing silicon layer a1 and not including the second oxygen-containing silicon layer a2 is formed. did. Specifically, a silicon nitride layer n (thickness: 400 nm) and a silicon oxide layer (thickness: 50 nm) as the first oxygen-containing silicon layer a1 were formed in this order on the gate metal layer. These films were formed by using the plasma CVD method as in Example 1. Five sample substrates A2 and C2 were produced in the same manner as in Example 1 except for the gate insulating layer.
・比較例のアクティブマトリクス基板の製造方法
比較例のアクティブマトリクス基板として、Cu/Ti積層メタル構造を有するゲートメタル層を用いる点以外は、実施例2と同様の方法でサンプル基板Dを作製した。
-Method for Manufacturing Active Matrix Substrate of Comparative Example A sample substrate D was manufactured in the same manner as in Example 2 except that a gate metal layer having a Cu/Ti laminated metal structure was used as the active matrix substrate of the comparative example.
各サンプル基板のゲートメタル層およびゲート絶縁層の厚さおよび組成を表1に示す。 Table 1 shows the thickness and composition of the gate metal layer and the gate insulating layer of each sample substrate.
次いで、各サンプル基板におけるゲートメタル層のシート抵抗(平均値)を測定した。結果を図3に示す。 Then, the sheet resistance (average value) of the gate metal layer in each sample substrate was measured. Results are shown in FIG.
図3に示す結果から、ゲートメタル層の下層の材料をTiからCu−Al合金に変えることによって、シート抵抗が低減できることが確認される。この理由は、次のように考察される。 From the results shown in FIG. 3, it is confirmed that the sheet resistance can be reduced by changing the material of the lower layer of the gate metal layer from Ti to Cu—Al alloy. The reason for this is considered as follows.
ゲートメタル層の下層がTi層のとき(サンプル基板D)、TFTプロセスにおける熱の影響を受けて、Tiが上層のCu層に拡散する。この結果、Cu層が高抵抗化し、ゲートメタル層のシート抵抗が高くなる。これに対し、Cu/Cu合金積層メタル構造を有するゲートメタル層では(サンプル基板A1〜C1、A2、C2)、TFTプロセスに起因するCu層の高抵抗化が抑制されている。これは、Cu合金層に含まれるAlが少量であるため(ここでは3at%)、Alの一部がCu層に拡散しても、Cu層の電気抵抗がサンプル基板Dほど高くならないからと考えられる。 When the lower layer of the gate metal layer is the Ti layer (sample substrate D), Ti diffuses into the upper Cu layer under the influence of heat in the TFT process. As a result, the Cu layer has a high resistance, and the sheet resistance of the gate metal layer is high. On the other hand, in the gate metal layer having the Cu/Cu alloy laminated metal structure (sample substrates A1 to C1, A2, and C2), the resistance increase of the Cu layer due to the TFT process is suppressed. This is because the Cu alloy layer contains a small amount of Al (here, 3 at %), and even if a part of Al diffuses into the Cu layer, the electric resistance of the Cu layer does not become as high as that of the sample substrate D. Be done.
例えばゲートメタル層の厚さが550nmのとき、Cu/Cu合金積層メタル構造を有するゲートメタル層のシート抵抗は0.04Ω/□となり、Cu/Ti積層メタル構造を有するゲートメタル層の1/2程度まで低減されることが分かる。 For example, when the thickness of the gate metal layer is 550 nm, the sheet resistance of the gate metal layer having the Cu/Cu alloy laminated metal structure is 0.04 Ω/□, which is half that of the gate metal layer having the Cu/Ti laminated metal structure. It can be seen that it is reduced to some extent.
また、図3からも分かるように、一般に、ゲートメタル層(特にCu層)を厚くするほど、ゲートメタル層のシート抵抗を低くできる。しかしながら、ゲートメタル層が厚くなりすぎると、基板に反りが生じる場合がある。基板に反りが生じると、製造工程において、搬送装置のステージからガラス基板のエッジが浮いてしまうため、搬送不良が生じ、量産性が低下する可能性がある。一例として、厚さが0.7mmのガラス基板を用いる場合、ゲートメタル層の厚さを例えば560nm以下(好ましくは550nm以下)に抑えることにより、反りによる量産性の低下を抑制できる。一方、例えば、8Kの解像度を有する液晶表示パネルでは、書き込み時間Tgは2μs程度に短くなり、ゲートの時定数を例えば2μs以下に抑えることが要求される。このため、ゲートメタル層のシート抵抗を、例えば0.05Ω/□以下に低減することが好ましい(図6参照)。本実施形態によると、図3に示すように、ゲートメタル層の厚さを抑えて(例えば550nm以下)基板の反りを抑制しつつ、ゲートメタル層のシート抵抗を0.05Ω/□以下に低減することが可能である。 Further, as can be seen from FIG. 3, generally, the thicker the gate metal layer (particularly the Cu layer), the lower the sheet resistance of the gate metal layer can be made. However, if the gate metal layer becomes too thick, the substrate may warp. When the substrate is warped, the edge of the glass substrate floats from the stage of the transport device in the manufacturing process, which may cause transport failure and reduce mass productivity. As an example, when a glass substrate having a thickness of 0.7 mm is used, by suppressing the thickness of the gate metal layer to, for example, 560 nm or less (preferably 550 nm or less), it is possible to suppress deterioration in mass productivity due to warpage. On the other hand, for example, in a liquid crystal display panel having a resolution of 8K, the writing time Tg is shortened to about 2 μs, and the gate time constant is required to be suppressed to 2 μs or less, for example. Therefore, it is preferable to reduce the sheet resistance of the gate metal layer to, for example, 0.05Ω/□ or less (see FIG. 6). According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, while suppressing the thickness of the gate metal layer (for example, 550 nm or less) and suppressing the warp of the substrate, the sheet resistance of the gate metal layer is reduced to 0.05Ω/□ or less. It is possible to
さらに、図3に示す結果から、ゲート絶縁層の最下層として酸窒化シリコン(SiOxNy)層を設けたサンプル基板A1〜C1では、ゲート絶縁層の最下層が窒化シリコン(SiNz)層であるサンプル基板A2、C2よりも、ゲートメタル層のシート抵抗がさらに低減され、かつ、シート抵抗のばらつきも抑制されることが分かる。これは、ゲート絶縁層からゲートメタル層への不純物の拡散が抑制され、この結果、不純物拡散に起因するCu層の抵抗の増加が抑えられるからと考えられる。また、図3から、このような効果が、Cu層が薄いほど顕著になることも確認される。 Further, from the results shown in FIG. 3, in the sample substrates A1 to C1 provided with the silicon oxynitride (SiOxNy) layer as the lowermost layer of the gate insulating layer, the sample substrate in which the lowermost layer of the gate insulating layer is the silicon nitride (SiNz) layer. It can be seen that the sheet resistance of the gate metal layer is further reduced and variations in the sheet resistance are suppressed as compared with A2 and C2. It is considered that this is because diffusion of impurities from the gate insulating layer to the gate metal layer is suppressed, and as a result, increase in resistance of the Cu layer due to impurity diffusion is suppressed. It is also confirmed from FIG. 3 that such an effect becomes more remarkable as the Cu layer becomes thinner.
<ゲートメタル層のCu合金層の密着性の評価>
・Cu合金層の厚さと密着性との関係
JIS K 5600に規定するクロスカット法を用いて、Cu合金膜の厚さと密着性との関係を調べた。
<Evaluation of adhesion of Cu alloy layer of gate metal layer>
-Relationship between thickness of Cu alloy layer and adhesiveness The relationship between the thickness of Cu alloy film and the adhesiveness was examined by using the cross-cut method specified in JIS K5600.
具体的には、まず、ガラス基板表面にCu合金膜およびCu膜をこの順で堆積し、積層メタル膜を形成した。Cu合金膜として、Cu−Mg−Al合金膜(Mg:2at%、Al:3at%)を用いた。また、Cu膜の厚さを一定(500nm)とし、Cu合金膜の厚さを異ならせて、複数の評価用サンプルを作製した。 Specifically, first, a Cu alloy film and a Cu film were deposited in this order on the surface of the glass substrate to form a laminated metal film. As the Cu alloy film, a Cu-Mg-Al alloy film (Mg: 2 at%, Al: 3 at%) was used. In addition, a plurality of evaluation samples were manufactured by setting the thickness of the Cu film to be constant (500 nm) and varying the thickness of the Cu alloy film.
次に、各評価用サンプルにおいて、積層メタル膜に碁盤の目状に切れ込みを入れ、10×10の100マスの碁盤目にカットした。続いて、テープテストを実施した。テープを剥がした後、面内の9点において、積層メタル膜の剥離状態を6段階のレベル(剥がれレベル)に分類した。剥がれレベルLv0〜Lv6の分類(クロスカット法における6段階の分類に準ずる)を表2、密着性の評価結果を表3に示す。 Next, in each of the evaluation samples, a cut was made in a grid pattern on the laminated metal film and cut into a grid of 10×10 and 100 cells. Then, a tape test was performed. After the tape was peeled off, the peeled state of the laminated metal film was classified into 6 levels (peeling level) at 9 points in the plane. Table 2 shows the classification of the peeling levels Lv0 to Lv6 (according to the classification of 6 levels in the cross-cut method), and Table 3 shows the evaluation results of the adhesiveness.
表3に示す結果から、Cu合金膜の厚さが30nm以上、好ましくは35nm以上であれば、基板表面との密着性を十分に確保できることが確認された。 From the results shown in Table 3, it was confirmed that if the thickness of the Cu alloy film is 30 nm or more, preferably 35 nm or more, sufficient adhesion with the substrate surface can be ensured.
なお、密着性を確保し得るCu合金膜の厚さの下限値は、下地表面の材料によって変わり得る。ここでは、ガラス基板表面に直接積層メタル膜を形成したが、ガラス基板と積層メタル膜との間に下地絶縁膜を形成した場合には、Cu合金膜をさらに薄くしてもよい。
・Cu合金層におけるAlの含有量とCu合金層の密着性との関係
上記のクロスカット法を用いて、Cu合金膜におけるAlの含有量と密着性との関係を調べた。
The lower limit of the thickness of the Cu alloy film that can secure the adhesiveness may change depending on the material of the underlying surface. Here, although the laminated metal film is formed directly on the surface of the glass substrate, the Cu alloy film may be further thinned when the base insulating film is formed between the glass substrate and the laminated metal film.
-Relationship between Al Content in Cu Alloy Layer and Adhesiveness of Cu Alloy Layer Using the above cross-cut method, the relation between Al content in the Cu alloy film and adhesiveness was investigated.
具体的には、ガラス基板表面に、Cu合金膜およびCu膜を形成し、積層メタル膜を得た。ここでは、Cu合金膜(Cu−Mg−Al合金膜)の組成を異ならせて、複数の評価用サンプルを作製した。Cu膜の厚さを500nm、Cu合金膜の厚さを45nmとした。なお、比較のため、Cu合金膜を形成せず、基板表面に直接Cu膜(厚さ:500nm)を形成した評価用サンプルも作製した。 Specifically, a Cu alloy film and a Cu film were formed on the surface of the glass substrate to obtain a laminated metal film. Here, a plurality of evaluation samples were prepared by changing the composition of the Cu alloy film (Cu-Mg-Al alloy film). The thickness of the Cu film was 500 nm, and the thickness of the Cu alloy film was 45 nm. For comparison, an evaluation sample in which a Cu alloy film was not formed and a Cu film (thickness: 500 nm) was directly formed on the substrate surface was also prepared.
次に、上記と同様のテープテストにより、各評価用基板の面内9点において、積層メタル膜の密着性(剥がれレベル)を評価した。評価結果を表4に示す。 Next, the same tape test as described above was performed to evaluate the adhesion (peel level) of the laminated metal film at 9 points on the surface of each evaluation substrate. The evaluation results are shown in Table 4.
表4に示す結果から、Alを含むCu合金からなるCu合金膜は、Cu膜よりも、基板表面に対する密着性が高いことが確認される。また、Alの組成比が2at%以上であれば、高い密着性を確保できることが分かる。 From the results shown in Table 4, it is confirmed that the Cu alloy film made of the Cu alloy containing Al has higher adhesion to the substrate surface than the Cu film. Further, it can be seen that if the Al composition ratio is 2 at% or more, high adhesion can be secured.
<ガラス基板のエッチング量およびゲートメタル層の断面形状>
実施例および比較例の観察用基板を作製し、ゲートメタル層およびガラス基板の断面形状を観察した。
<Etching amount of glass substrate and cross-sectional shape of gate metal layer>
The observation substrates of Examples and Comparative Examples were produced, and the cross-sectional shapes of the gate metal layer and the glass substrate were observed.
ガラス基板表面に、直接、Cu合金膜(厚さ:45nm)およびCu膜(厚さ:500nm)を形成し、積層メタル膜を得た。ここでは、Cu合金膜として、Cu−Mg−Al合金膜(Mg:2at%、Al:3at%)を形成した。続いて、過酸化水素系エッチング液(フッ化アンモニウムおよび酸性フッ化アンモニウムを含まない)を用いて、積層メタル膜のパターニングを行い、ゲートメタル層を得た。続いて、所定のTFTプロセスを行い、実施例の観察用基板を作製した。 A Cu alloy film (thickness: 45 nm) and a Cu film (thickness: 500 nm) were directly formed on the surface of the glass substrate to obtain a laminated metal film. Here, a Cu—Mg—Al alloy film (Mg: 2 at %, Al: 3 at %) was formed as the Cu alloy film. Subsequently, a hydrogen peroxide type etching solution (not containing ammonium fluoride and acidic ammonium fluoride) was used to pattern the laminated metal film to obtain a gate metal layer. Then, a predetermined TFT process was performed to manufacture the observation substrate of the example.
また、比較のため、積層メタル膜として、Ti膜(厚さ:25nm)およびCu膜(厚さ:500nm)を形成した点、および、積層メタル膜のパターニングにフッ化アンモニウムを含有したエッチング液を用いた点以外は、実施例と同様の材料を用い、同様の方法で、比較例の観察用基板を作製した。 For comparison, a Ti film (thickness: 25 nm) and a Cu film (thickness: 500 nm) were formed as the laminated metal film, and an etching solution containing ammonium fluoride was used for patterning the laminated metal film. An observation substrate of a comparative example was manufactured by using the same material as that of the example except for the use.
この後、実施例および比較例の観察用基板の断面を観察し、ゲートメタル層の断面形状およびガラス基板のエッチング量を調べた。 After that, the cross sections of the observation substrates of Examples and Comparative Examples were observed to examine the cross-sectional shape of the gate metal layer and the etching amount of the glass substrate.
図4(a)は、実施例の観察用基板の断面SEM像を示す図であり、基板(ガラス基板)1とゲート電極3およびゲート絶縁層5との界面近傍の拡大図である。この図から、実施例では、積層メタル膜のパターニング工程において、ガラス基板の表面がほとんどエッチングされなかったことが確認される。
FIG. 4A is a view showing a cross-sectional SEM image of the observation substrate of the example, and is an enlarged view of the vicinity of the interface between the substrate (glass substrate) 1 and the
図4(b)は、比較例の観察用基板の断面SEM像を示す図であり、基板(ガラス基板)1とゲート電極3およびゲート絶縁層5との界面近傍の拡大図である。この図から、比較例では、積層メタル膜のパターニング工程において、ゲートメタル層のパターンに沿って、ガラス基板の表面部分がエッチングされていることが分かる。ガラス基板のエッチング量(エッチングされた部分の厚さ)dxを測定したところ、35nmであった。ガラス基板がエッチングされると、上述したように、ガラス基板の強度が低下し、アクティブマトリクス基板の信頼性を低下させる要因となる。
FIG. 4B is a view showing a cross-sectional SEM image of the observation substrate of the comparative example, and is an enlarged view of the vicinity of the interface between the substrate (glass substrate) 1 and the
<光透過率>
Cu/Cu合金積層メタル構造のゲートメタル層を有する実施例の液晶パネル、および、Cu/Ti積層メタル構造のゲートメタル層を有する比較例の液晶パネルをそれぞれ作製し、可視光の透過率を比較した。実施例では、Cu合金層の厚さを45nm、Cu層の厚さを500nmとした。Cu合金層として、Cu−Mg−Al合金層(Mg:2at%、Al:3at%)を用いた。比較例では、Ti層の厚さを350nm、Cu層の厚さを500nmとした。
<Light transmittance>
A liquid crystal panel of an example having a gate metal layer having a Cu/Cu alloy laminated metal structure and a liquid crystal panel of a comparative example having a gate metal layer having a Cu/Ti laminated metal structure were produced, respectively, and their visible light transmittances were compared. did. In the example, the thickness of the Cu alloy layer was 45 nm and the thickness of the Cu layer was 500 nm. As the Cu alloy layer, a Cu-Mg-Al alloy layer (Mg: 2 at%, Al: 3 at%) was used. In the comparative example, the thickness of the Ti layer was 350 nm and the thickness of the Cu layer was 500 nm.
続いて、実施例および比較例の液晶パネルの可視光に対する透過率を測定した。透過率の測定は、基板上の8箇所で行った。 Subsequently, the transmittance of the liquid crystal panels of Examples and Comparative Examples for visible light was measured. The transmittance was measured at 8 points on the substrate.
結果を図5に示す。図5の縦軸に示す「透過率比」は、比較例のアクティブマトリクス基板の平均透過率を0.500としたときの透過率比である。 Results are shown in FIG. The “transmittance ratio” shown on the vertical axis in FIG. 5 is the transmittance ratio when the average transmittance of the active matrix substrate of the comparative example is 0.500.
この測定結果から、実施例の液晶パネルの平均透過率比は0.507であり、比較例よりも1.4%程度高くなることが分かる。これは、ゲートメタル層の下層としてCu合金層を設けると、ゲートメタル層の下面(Cu合金層の下面)に入射したバックライト光が反射され、表示に利用(再利用)できるからと考えられる。これに対し、比較例では、ゲートメタル層の下層として、Cu合金層よりも反射率の低いTi層を用いているので、ゲートメタル層の下面(Ti層の下面)に入射したバックライト光のうち再利用される光の割合は実施例よりも小さくなる。このため、実施例よりも透過率が低くなると考えられる。 From this measurement result, it can be seen that the average transmittance ratio of the liquid crystal panel of the example is 0.507, which is about 1.4% higher than that of the comparative example. This is probably because when the Cu alloy layer is provided as the lower layer of the gate metal layer, the backlight light incident on the lower surface of the gate metal layer (the lower surface of the Cu alloy layer) is reflected and can be used (reused) for display. .. On the other hand, in the comparative example, since the Ti layer having a lower reflectance than the Cu alloy layer is used as the lower layer of the gate metal layer, the backlight light incident on the lower surface of the gate metal layer (the lower surface of the Ti layer) is The proportion of light reused is smaller than that in the embodiment. Therefore, it is considered that the transmittance is lower than that in the example.
(TFT構造および酸化物半導体について)
TFT構造は、図2に例示した構造に限定されない。例えば、図2に示すTFT101は、ソースおよびドレイン電極が半導体層の上面と接するトップコンタクト構造を有しているが、ソースおよびドレイン電極が半導体層の下面と接するボトムコンタクト構造を有していてもよい。
(About TFT structure and oxide semiconductor)
The TFT structure is not limited to the structure illustrated in FIG. For example, the
また、図2に示すTFT101は、チャネルエッチ構造を有するが、エッチストップ構造を有してもよい。「チャネルエッチ型のTFT」では、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されておらず、ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、酸化物半導体層の上面と接するように配置されている。TFTを覆うパッシベーション膜は、半導体層のチャネル領域と直接接している。一方、「エッチストップ型TFT」では、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されている。ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、例えばエッチストップ層上に位置する。エッチストップ型のTFTは、例えば酸化物半導体層のうちチャネル領域となる部分を覆うエッチストップ層を形成した後、酸化物半導体層およびエッチストップ層上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。
Although the
<酸化物半導体>
酸化物半導体層7に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
<Oxide semiconductor>
The oxide semiconductor included in the
酸化物半導体層7は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層7が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層7は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層7が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
The
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014−007399号公報に記載されている。参考のために、特開2014−007399号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。 Materials, structures, film-forming methods, and configurations of oxide semiconductor layers having a laminated structure of the amorphous oxide semiconductor and the above crystalline oxide semiconductors are described in, for example, JP-A-2014-007399. .. For reference, the entire disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-007399 is incorporated herein.
酸化物半導体層7は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層7は、例えば、In−Ga−Zn−O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In−Ga−Zn−O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層7は、In−Ga−Zn−O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
The
In−Ga−Zn−O系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体が好ましい。 The In-Ga-Zn-O-based semiconductor may be amorphous or crystalline. As the crystalline In-Ga-Zn-O-based semiconductor, a crystalline In-Ga-Zn-O-based semiconductor in which the c-axis is oriented substantially perpendicular to the layer surface is preferable.
なお、結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014−007399号公報、特開2012−134475号公報、特開2014−209727号公報などに開示されている。参考のために、特開2012−134475号公報および特開2014−209727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In−Ga−Zn−O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a−SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a−SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および画素TFT(画素に設けられるTFT)として好適に用いられる。 The crystal structure of a crystalline In-Ga-Zn-O-based semiconductor is disclosed in, for example, JP-A-2014-007399, JP-A-2012-134475, JP-A-2014-209727, and the like. ing. For reference, all the disclosures of JP2012-134475A and JP2014-209727A are incorporated herein. A TFT having an In-Ga-Zn-O-based semiconductor layer has high mobility (more than 20 times that of an a-Si TFT) and low leakage current (less than 1/100 that of an a-Si TFT). It is preferably used as a driving TFT (for example, a TFT included in a driving circuit provided on the same substrate as a display area around a display area including a plurality of pixels) and a pixel TFT (a TFT provided in a pixel).
酸化物半導体層7は、In−Ga−Zn−O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn−Sn−Zn−O系半導体(例えばIbO3−SnO2−ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In−Sn−Zn−O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層7は、In−Al−Zn−O系半導体、In−Al−Sn−Zn−O系半導体、Zn−O系半導体、In−Zn−O系半導体、Zn−Ti−O系半導体、Cd−Ge−O系半導体、Cd−Pb−O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg−Zn−O系半導体、In−Ga−Sn−O系半導体、In−Ga−O系半導体、Zr−In−Zn−O系半導体、Hf−In−Zn−O系半導体、Al−Ga−Zn−O系半導体、Ga−Zn−O系半導体、In−Ga−Zn−Sn−O系半導体などを含んでいてもよい。
The
上記の実施形態は、酸化物半導体TFTを用いたアクティブマトリクス基板に好適に適用される。アクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機EL表示装置、無機EL表示装置などの種々の表示装置、および表示装置を備えた電子機器等に用いられ得る。アクティブマトリクス基板では、酸化物半導体TFTは、各画素に設けられるスイッチング素子として使用されるだけでなく、ドライバなどの周辺回路の回路用素子として用いることもできる(モノリシック化)。このような場合、本発明における酸化物半導体TFTは、高い移動度(例えば10cm2/Vs以上)を有する酸化物半導体層を活性層として用いているので、回路用素子としても好適に用いられる。 The above embodiment is preferably applied to an active matrix substrate using an oxide semiconductor TFT. The active matrix substrate can be used in various display devices such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, an inorganic EL display device, and electronic equipment including the display device. In the active matrix substrate, the oxide semiconductor TFT can be used not only as a switching element provided in each pixel but also as a circuit element of a peripheral circuit such as a driver (monolithic). In such a case, the oxide semiconductor TFT according to the present invention uses an oxide semiconductor layer having a high mobility (for example, 10 cm 2 /Vs or more) as an active layer, and thus is suitably used as a circuit element.
本発明の実施形態は、酸化物半導体TFTを有する種々の半導体装置に広く適用され得る。例えばアクティブマトリクス基板等の回路基板、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス(EL)表示装置および無機エレクトロルミネセンス表示装置、MEMS表示装置等の表示装置、イメージセンサー装置等の撮像装置、画像入力装置、指紋読み取り装置、半導体メモリ等の種々の電子装置にも適用される。 The embodiments of the present invention can be widely applied to various semiconductor devices having an oxide semiconductor TFT. For example, a circuit substrate such as an active matrix substrate, a liquid crystal display device, an organic electroluminescence (EL) display device and an inorganic electroluminescence display device, a display device such as a MEMS display device, an imaging device such as an image sensor device, an image input device, It is also applied to various electronic devices such as a fingerprint reading device and a semiconductor memory.
1 :基板
3 :ゲート電極
5 :ゲート絶縁層
7 :酸化物半導体層
8 :ソース電極
9 :ドレイン電極
11 :無機絶縁層
12 :有機絶縁層
13 :層間絶縁層
15 :下部透明電極
17 :誘電体層
19 :上部透明電極
g1 :銅合金層
g2 :銅層
a1、a2 :酸素含有シリコン層
n :窒化シリコン層
b :中間層
m1: :金属層
101 :TFT
1000 :アクティブマトリクス基板
DR :表示領域
FR :非表示領域
GL :ゲートバスライン
SL :ソースバスライン
PE :画素電極
Pix :画素領域
1: substrate 3: gate electrode 5: gate insulating layer 7: oxide semiconductor layer 8: source electrode 9: drain electrode 11: inorganic insulating layer 12: organic insulating layer 13: interlayer insulating layer 15: lower transparent electrode 17: dielectric Layer 19: Upper transparent electrode g1: Copper alloy layer g2: Copper layers a1 and a2: Oxygen-containing silicon layer n: Silicon nitride layer b: Intermediate layer m1:: Metal layer 101: TFT
1000: Active matrix substrate DR: Display region FR: Non-display region GL: Gate bus line SL: Source bus line PE: Pixel electrode Pix: Pixel region
Claims (15)
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、銅合金層と銅層とを含む積層構造を有し、前記銅合金層は前記ゲートメタル層の最下層であり、前記銅層は、前記銅合金層上に配置されており、
前記銅合金層は、Cuと少なくとも1つの添加金属元素とを含む銅合金からなり、前記少なくとも1つの添加金属元素はAlを含み、前記銅合金におけるAlの含有量は2at%以上8at%以下であり、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と直接接する第1の酸素含有シリコン層、前記銅層の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層、前記第1の酸素含有シリコン層と前記第2の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層、および、前記第1の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に位置する、酸窒化シリコンからなる中間層、を含む積層構造を有し、
前記第1の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層であり、前記第2の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、アクティブマトリクス基板。 An active matrix substrate having a plurality of pixel regions,
Board,
A source metal layer including a plurality of source bus lines supported on the substrate; and a gate metal layer including a plurality of gate bus lines,
A thin film transistor and a pixel electrode arranged in each of the plurality of pixel regions,
The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer covering the gate electrode, an oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer. And the gate electrode is formed in the gate metal layer and electrically connected to a corresponding one of the plurality of gate bus lines, and the source electrode is formed of the plurality of source bus lines. Electrically connected to the corresponding one, the drain electrode is electrically connected to the pixel electrode,
The gate metal layer has a laminated structure including a copper alloy layer and a copper layer, the copper alloy layer is the bottom layer of the gate metal layer, the copper layer is disposed on the copper alloy layer Cage,
The copper alloy layer is made of a copper alloy containing Cu and at least one additional metal element, the at least one additional metal element contains Al, and the content of Al in the copper alloy is 2 at% or more and 8 at% or less. Oh it is,
The gate insulating layer includes a first oxygen-containing silicon layer that is in direct contact with the oxide semiconductor layer, a second oxygen-containing silicon layer that is in direct contact with an upper surface of the copper layer, the first oxygen-containing silicon layer, and the second oxygen-containing silicon layer. A silicon nitride layer located between the first oxygen-containing silicon layer and the silicon nitride layer, and a stacked structure including a silicon oxynitride intermediate layer located between the first oxygen-containing silicon layer and the silicon nitride layer. Have,
The active matrix substrate, wherein the first oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer and the second oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer .
基板と、
前記基板に支持された、複数のソースバスラインを含むソースメタル層、および、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記複数の画素領域のそれぞれに配置された薄膜トランジスタおよび画素電極と
を備え、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ゲートメタル層内に形成され、かつ、前記複数のゲートバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ソース電極は前記複数のソースバスラインの対応する1つに電気的に接続され、前記ドレイン電極は前記画素電極と電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記ゲート絶縁層と直接接する銅層を含み、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と直接接する第1の酸素含有シリコン層、前記銅層の上面と直接接する第2の酸素含有シリコン層、前記第1の酸素含有シリコン層と前記第2の酸素含有シリコン層との間に位置する窒化シリコン層、および、前記第1の酸素含有シリコン層と前記窒化シリコン層との間に位置する、酸窒化シリコンからなる中間層、を含む積層構造を有し、
前記第1の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層であり、前記第2の酸素含有シリコン層は、酸化シリコン層または酸窒化シリコン層である、アクティブマトリクス基板。 An active matrix substrate having a plurality of pixel regions,
Board,
A source metal layer including a plurality of source bus lines supported on the substrate; and a gate metal layer including a plurality of gate bus lines,
A thin film transistor and a pixel electrode arranged in each of the plurality of pixel regions,
The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating layer covering the gate electrode, an oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer. And the gate electrode is formed in the gate metal layer and electrically connected to a corresponding one of the plurality of gate bus lines, and the source electrode is formed of the plurality of source bus lines. Electrically connected to the corresponding one, the drain electrode is electrically connected to the pixel electrode,
The gate metal layer includes a copper layer that is in direct contact with the gate insulating layer,
The gate insulating layer, the oxide semiconductor layer and the first oxygen-containing silicon layer in direct contact with, the second oxygen-containing silicon layer in direct contact with the upper surface of the copper layer, the before and Symbol first oxygen-containing silicon layer first A laminated structure including a silicon nitride layer located between the second oxygen-containing silicon layer and an intermediate layer formed of silicon oxynitride located between the first oxygen-containing silicon layer and the silicon nitride layer. Have
The active matrix substrate, wherein the first oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer, and the second oxygen-containing silicon layer is a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer.
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