JPH03152807A - 半導体パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装
置に使用される薄膜トランジスタパネルにおけるガラス
基板上の電極配線等のように、絶縁性基板上に形成され
る配線層の構造に関する。

〔従来の技術〕

例えば液晶テレビ等に使用されるアクティブマトリクス
型の液晶表示装置は、一般に、第３図に示すような薄膜
トランジスタパネルを備えている。

この薄膜トランジスタパネルは、ガラスや石英でできた
絶縁性の基板１上に、ＩＴＯ膜等でできた透明な画素電
極２と、この画素電極２に接続されたスイッチング素子
としての薄膜トランジスタ３とがマトリクス状に複数配
列されている。更に、基板１上には、画素電極２の間を
縫って、複数の薄膜トランジスタ３のゲート電極を一方
向（図中では横方向）に沿って接続する、クロムやタン
タルでできたゲートライン（走査ライン）４と、これと
は交差する方向（図中では縦方向）に複数の薄膜トラン
ジスタ３のドレイン電極を接続する、同様にクロムやタ
ンタルでできたドレインライン（データライン）５とが
配列されている。

上記薄膜トランジスタ３のＡ−Ａ方向から見た断面構成
を第４図に示す。同図において、基板１上には、クロム
やタンタルでできた膜厚１１００ｎ程度のゲート電極６
が形成され、その全面がシリコン窒化膜からなるゲート
絶縁膜７で覆われている。

そして、その上の所定領域には、ａ−５ｉ　（アモルフ
ァスシリコン）からなるａ−５ｉ半導体層８が設けられ
、更にａ−５ｉ半導体層８上の両側には、ａ−５ｔ中に
ｎ型不純物が高濃度に混入されたｎ　”−ａ−５ｔ半導
体層からなるコンタクト層９を介して、クロムやタンタ
ルでできたソース電極ＩＯ及びドレイン電極１１が形成
されている。また、ソース電極１０には、第３図に示し
た画素電極２の一端が接続されている。

なお、ゲート電極６と、これから延びるゲートライン４
（第３図）とは、基板ｌ上に同時にパターン形成され、
また、ソース及びドレイン電極１０．１１と、このドレ
イン電極１１から延びるドレインライン５（第３図）も
、同時にパターン形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の薄膜トランジスタパネルでは、ガラスや石英
等の絶縁性基板１上に形成されるゲートライン４（ゲー
ト電極６を含む）の材料として、基板１との密着性が高
く、かつ表面の酸化されにくいクロム（Ｃｒ）やタンタ
ル（Ｔａ）を用いていた。ところが、このようなりロム
やタンタルでできた薄膜は抵抗率が高く、例えばスパッ
タリング装置で成膜した膜厚１１００ｎのクロム膜やタ
ンタル膜のシート抵抗は７〜１０Ωと非常に高抵抗であ
るという問題があった。

そのため、ゲートライン４のドライブ能力が低くて、多
くのトランジスタをドライブすることができず、よって
画素電極２の数を増やすことが困難であった。また、ゲ
ートライン４の低抵抗化を図ろうとすると、どうしても
そのライン幅を広くしなければならず、よって高密度化
が困難になった。このような理由により、従来は、薄膜
トランジスタパネルの高性能化が阻まれていた。

一方、ゲートライン４の材料として銅（Ｃｕ）を用いれ
ば低抵抗化が可能であるが、銅は基板１との密着性が悪
くて剥がれやすく、しかも表面が酸化されやすくて他の
配線との電気的接続が得にくいという問題点があるため
、これまでのところ銅を用いてゲートラインを形成する
ことは行われていない。

なお、上述した問題点は、薄膜トランジスタパネルにお
いて生じるのみならず、ガラスや石英等の絶縁性基板上
に形成された金属配線層を有する各種の分野において生
じていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、大幅な低抵抗化を実現することができ
、しかも絶縁性基板との密着性及び表面の耐酸化性にも
優れた配線層の構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、絶縁性の基板上に形成される配線層の構造に
おいて、前記配線層を、前記基板上に第１の金属層、第
２の金属層及び第３の金属層を順次積層してなる３層構
造とし、しかも、前記第１の金属層の材料として白銅（
ＮｉＣｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｊ）、タン
タル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（ＡＩ）
、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）の中の１
つを使用し、前記第２の金属層の材料として銅（Ｃｕ）
を使用し、前記第３の金属層の材料として白銅（ＮｉＣ
ｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（
Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａ１）、モリ
ブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）の中の１つを使
用することを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

上記第１及び第３の金属層の材料として用いる白銅、ク
ロム、ニッケル、タンタル、チタン、アルミニウム、モ
リブデン及びタングステンは、いずれも、銅との密着性
は勿論ながら、ガラス基板や石英基板との密着性にも優
れ、しかも酸化しにくいという性質を持っている。よっ
て、このような材料でできた第１、第３の金属層によっ
て、銅でできた第２の金属層を挾み込んで３層構造とす
れば、第２の金属層（銅層）と基板との密着性が高まり
、かつ表面の酸化も防止される。しかも、第２の金属層
が銅でできていることから、従来のクロムやタンタルの
みからなる高抵抗の配線層と比較して、著しく低抵抗の
配線層を実現することが可能になる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、第４図に示した従来の薄膜トランジスタのゲ
ート電極（ゲートライン）に本発明の一実施例を適用し
て得られる薄膜トランジスタの断面図である。

同図において、ガラスや石英でできた絶縁性の基板１上
には、膜厚５０人程度の第１の金属層１２ａ、膜厚２０
０人程程度第２の金属層１２ｂ、及び膜厚５０人程度の
第３の金属層１２ｃを順次積層してなる、全体の膜厚が
３００人程程度３層構造のゲート電極１２が形成されて
いる。そして、この中で最も厚い第２の金属層１２ｂば
銅（Ｃｕ）でできており、この上下面を覆って薄く形成
された第１及び第３の金属層１２ａ、１２ｃは銅（Ｃｕ
）中に１５重量％のニッケル（Ｎｉ）を含まゼてなる白
銅（ＮｉＣｕ）でできている。なお、ゲート電極１２か
ら延びているゲートラインも、このゲート電極１２と同
一の３層構造からなっている。

その他の構造は、第４図に示した従来の薄膜トランジス
タと同様である。すなわち、上記ゲート電極１２上を含
む基板１上の全面が、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）からな
るゲート絶縁膜７で覆われ、その上の所定領域には、ａ
−５ｉ　（アモルファスシリコン）からなるａ−５ｔ半
導体層８が設けられ、更にａＳｉ半導体層８上の両側に
は、ａ−５ｉ中にｎ型不純物が高濃度に混入されたｎ　
’−ａ−５ｉ半導体層からなるコンタクト層９を介して
、クロムやタンクルでできたソース電極１０及びドレイ
ン電極１１が形成されている。そして、ソース電極１０
には、画素電極２の一端が接続されている。

次に、基板１上に３層構造のゲート電極１２を形成する
ための製造方法の一例を、第２図に基づき以下に述べる
。

まず、第２図（ａ）に示すように、基板１上の全面に、
スパッタリング法を用いて白銅、銅、白銅の順で、それ
ぞれの膜厚がほぼ５０人、２００人、５０人となるよう
に順次堆積させることにより、第１の金属層（白銅）１
２ａ、第２の金属層（銅）１２ｂ、第３の金属層（白銅
）１２ｃからなる３層膜を形成する。

続いて、上記の３層膜を一括してフォＩ−リソグラフィ
法でパターニングすることにより、第２図（ｂ）に示す
ように、上記第１〜第３の金属層１２ａ、１２ｂ、１２
ｃからなる３層構造のゲート電極１２及びゲートライン
を形成する。上記パターニングの際に使用するエツチン
グは、例えば５％硝酸水溶液によるウェットエツチング
、若しくはイオンミリングによるドライエツチングで行
う。

本実施例によれば、ゲート電極１２及びこれから延びる
ゲートラインを３層構造とし、その中で最も厚い第２の
金属層１２ｂの材料として、低抵抗配線材料である銅を
使用したことから、著しい低抵抗化が可能である。例え
ば、第１、第２、第３の金属層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
の膜厚をそれぞれ５０人、２００人、５０人とし、全体
の膜厚３００人の極薄の３層構造とした場合であっても
、そのシート抵抗は１．５Ωと非常に低く、よって従来
のゲート電極（ゲートライン）の膜厚１００　ｎｍより
も相当に薄いにもかかわらず、従来のシート抵抗７〜１
０Ωと比較すると著しい低抵抗化が実現される。

しかも、銅でできた第２の金属層１２ｂの基板側と表面
側が、それぞれ白銅でできた第１と第２の金属層１２ａ
、１２ｃで覆われており、この白銅が銅との密着性及び
ガラス基板や石英基板との密着性が高く、しかも酸化し
にくいという性質を持っている。このことから、第２の
金属層１２ｂと基板１とは第１の金属層１２　ａによっ
て確実に密着され、しかも第２の金属層１２ｂの表面の
酸化は第３の金属層１２ｃによって確実に防止される。

なお、第１の金属層１２　ａの膜厚が５０人程度あれば
、十分な密着性を得ることができ、また第３の金属層１
２ｃの膜厚も５０人程度あれば、十分な耐酸化性を得る
ことができる。

従って、ゲート電極１２（及びゲートライン）０ の基板１との密着性及び表面の耐酸化性を高く保持した
まま、上記ゲート電極１２（及びゲートライン）の大幅
な低抵抗化を実現することができる。

このように、特にゲートラインの著しい低抵抗化を可能
にしたことにより、薄膜トランジスタパネルにおけるゲ
ートラインのドライブ能力が向上し、数多くの薄膜トラ
ンジスタをドライブできるようになり、よって画素電極
の数を増やすことができる。また、ゲートラインの幅を
狭くしても、従来のクロムやタンタルでできたゲートラ
インよりも低抵抗化が図れるので、薄膜トランジスタの
高密度化が可能である。これらのことから、本実施例を
適用した薄膜トランジスタパネルでは、その高性能化が
可能となる。

また、ゲート電極１２及びゲートラインを３００人程程
度極薄い構造にしても、上記のように低抵抗化が可能で
あることから、ゲート電極１２及びゲートライン上を絶
縁膜を介して横切るドレイン電極１１やドレインライン
（第３図参照）の段差を小さくできる。そのため、従来
から上記の段差部分で生じているゲートラインとドレイ
ンラインとの短絡やドレインラインの断線等の問題を低
減することができ、よって歩留りの向上を図ることも可
能である。

なお、上記実施例は本発明をゲートラインに適用した場
合であるが、薄膜トランジスタのタイプによってはドレ
インラインが基板上に形成される場合があり、このよう
な場合にはドレインラインに本発明を適用することがで
きる。また、本発明は、上述したような薄膜トランジス
タパネルのゲートラインやドレインラインに適用できる
だけでなく、ガラスや石英等の絶縁性基板上に形成され
る様々な配線層に適用することができ、例えばメモリ機
能を持たせた薄膜トランジスタを絶縁性基板上にマトリ
クス状に配列した構造を持つメモリ装置に使用される配
線層にも適用することができる。

また、銅でできた第２の金属層を両側から挾み込む第１
及び第３の金属層の材料としては、上述した白銅に他に
も、クロム、ニッケル、タンタル、１ １２ チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステンを使
用することができ、また、第１の金属層と第２の金属層
の材料が互いに同じである必要もない。

〔発明の効果〕

本発明の配線構造によれば、低抵抗材料である銅を中央
層とする３層構造とし、その基板側の層に基板との密着
性の高い材料を使用すると共に、最表面層に酸化しにく
い材料を使用したことにより、基板との密着性及び表面
の耐酸化性を高く保持したまま、著しい低抵抗化を実現
することができる。従って、例えば薄膜トランジスタパ
ネルのように薄膜トランジスタを使用した各種デバイス
に本発明を適用すれば、配線層の低抵抗化に伴い、その
デバイスの高性能化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄膜トランジスタパネルのゲートライン（ゲー
ト電極）に本発明の一実施例を適用して得られる薄膜ト
ランジスタの断面図、 第２図（ａ）及びら）は同実施例のゲートライン（ゲー
ト電極）を形成するための製造方法を示す製造工程図、 第３図はアクティブマトリクス型の液晶表示装置に使用
される一般的な薄膜トランジスタパネルの平面図、 第４図は従来の薄膜トランジスタパネルにおける薄膜ト
ランジスタの断面図である。 １・・・絶縁性基板、 ３・・・”７ｍ膜トランジスタ、 ４・・・ゲートライン、 ５・・・ドレインライン、 ７・・・ゲート絶縁膜、 ８・・・ａ−５ｔ半導体層、 ９・・・コンタクト層、 １０・・・ソース電極、 １１・・・ドレイン電極、 １２・・・ゲート電極、 １２ａ・・・第１の金属層、 １２ｂ・・・第２の金属層、 １２ｃ・・・第３の金属層。 ３ ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　絶縁性の基板上に形成される配線層の構造において、 前記配線層を、前記基板上に第１の金属層、第２の金属
   層及び第３の金属層を順次積層してなる３層構造とし、
   前記第１の金属層の材料として白銅、クロム、ニッケル
   、タンタル、チタン、アルミニウム、モリブデン及びタ
   ングステンの中の１つを使用し、前記第２の金属層の材
   料として銅を使用し、前記第３の金属層の材料として白
   銅、クロム、ニッケル、タンタル、チタン、アルミニウ
   ム、モリブデン及びタングステンの中の１つを使用する
   ことを特徴とする配線層の構造。