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JP2009088049A - Liquid crystal display device - Google Patents

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JP2009088049A
JP2009088049A JP2007252987A JP2007252987A JP2009088049A JP 2009088049 A JP2009088049 A JP 2009088049A JP 2007252987 A JP2007252987 A JP 2007252987A JP 2007252987 A JP2007252987 A JP 2007252987A JP 2009088049 A JP2009088049 A JP 2009088049A
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JP
Japan
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liquid crystal
display device
crystal display
alloy layer
metal element
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Pending
Application number
JP2007252987A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Suzuki
孝明 鈴木
Takuya Takahashi
卓也 高橋
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Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Displays Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Displays Ltd filed Critical Hitachi Displays Ltd
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Abstract

【課題】
下地との優れた密着性を有し、銅やシリコンの拡散を防止し低抵抗銅配線を備えた液晶画像表示装置を提供する。
【解決手段】
アモルファスシリコン等を形成した基板上に、窒化物の生成自由エネルギが負の金属を添加した銅−金属合金ターゲットを用いて窒素+アルゴン雰囲気で金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金層を形成する。次にアルゴンのみで銅と金属の合金膜を成膜することで拡散バリアを有する金属元素を含有する銅を主成分とする合金膜と、金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜との積層配線を形成する。
【選択図】図1
【Task】
Provided is a liquid crystal image display device having excellent adhesion to a base, preventing copper and silicon from diffusing and having a low resistance copper wiring.
[Solution]
Using a copper-metal alloy target in which a metal having a negative free energy of formation of nitride is added on a substrate on which amorphous silicon or the like is formed, the main component is copper containing a metal element and nitrogen in a nitrogen + argon atmosphere. An alloy layer is formed. Next, an alloy film mainly containing copper containing a metal element having a diffusion barrier by forming an alloy film of copper and metal only with argon, and mainly containing copper containing a metal element and nitrogen. A laminated wiring with the alloy film is formed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、薄膜トランジスタによって駆動するアクティブマトリックス型液晶表示装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an active matrix liquid crystal display device driven by a thin film transistor and a manufacturing method thereof.

薄型・軽量・高精細が図れる画像表示装置として、薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置(TFT−LCD)の市場が拡大している。近年TFT−LCDの画面サイズの大型化,高精細化,高速駆動化に伴い配線材料の低抵抗化が進んでいる。   The market for thin film transistor-driven liquid crystal display devices (TFT-LCDs) is expanding as an image display device that can be thin, lightweight, and high-definition. In recent years, with the increase in screen size, high definition, and high-speed driving of TFT-LCD, the resistance of wiring materials has been reduced.

低抵抗化に伴い配線材料は、クロムやモリブデンからアルミニウムへと移り変わり、キャップ層やバリア層にモリブデンやモリブデン合金を用いたモリブデン/アルミニウム/モリブデン積層構造が現在では主流となっている。しかし純アルミニウムの抵抗率は約3μΩcmが下限である。   As the resistance decreases, the wiring material changes from chromium or molybdenum to aluminum, and a molybdenum / aluminum / molybdenum laminated structure using molybdenum or a molybdenum alloy for the cap layer or barrier layer is now the mainstream. However, the resistivity of pure aluminum has a lower limit of about 3 μΩcm.

アルミニウムよりも低抵抗な材料として銅が挙げられる。しかしながら、銅を配線として用いた場合幾つかの問題がある。第1に、下地との密着性が弱い、第2に銅とシリコンが相互に拡散し易く配線の抵抗率上昇やTFT特性が劣化するなどの悪影響を及ぼす点である。これらの問題点を解決するために銅配線と基板又は層間絶縁膜との間にバリア層を配置する構造及びその製造方法の提案がなされている。   An example of a material having a lower resistance than aluminum is copper. However, there are some problems when copper is used as the wiring. First, the adhesiveness to the base is weak, and secondly, copper and silicon are likely to diffuse each other, and the wiring resistivity rises and the TFT characteristics deteriorate. In order to solve these problems, a structure in which a barrier layer is disposed between a copper wiring and a substrate or an interlayer insulating film and a manufacturing method thereof have been proposed.

特許文献1では銀,金,銅,アルミニウム,白金からなる群より選ばれた少なくとも一種の第1の金属と、チタン,ジルコニウム,ハフニウム,タンタル,ニオブ,シリコン,ホウ素,ランタン,ネオジム,サマリウム,ユーロピウム,ガドリニウム,ジスプロシウム,イットリウム,イッテルビウム,セリウム,マグネシウム,トリウム、及びクロムからなる群より選ばれた少なくとも一種の第1の金属を同時に成膜して、第1の金属を主体とし第2の金属を含む材料で構成された導電層を形成し、前記導電層の表面を被覆され前記第2の金属を主体とする材料で構成された酸化物層で被覆した配線構造が示されている。   In Patent Document 1, at least one first metal selected from the group consisting of silver, gold, copper, aluminum, and platinum, and titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, silicon, boron, lanthanum, neodymium, samarium, and europium. , Gadolinium, dysprosium, yttrium, ytterbium, cerium, magnesium, thorium, and chromium, and simultaneously forming a first metal, and forming the second metal mainly composed of the first metal A wiring structure is shown in which a conductive layer made of a material containing the conductive layer is formed and the surface of the conductive layer is covered with an oxide layer made of a material mainly composed of the second metal.

また特許文献2では、半導体装置において高融点金属のタンタル,タングステン,チタン,モリブデン,ニオブあるいはこれらの混合物を用いて結晶質の窒素含有金属膜を上層に、非晶質の金属窒化膜を下層とした積層構造のバリア膜を形成し、主配線の銅を形成する構造及び製造方法が示されている。   In Patent Document 2, in a semiconductor device, a refractory metal tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, niobium, or a mixture thereof is used to form a crystalline nitrogen-containing metal film as an upper layer and an amorphous metal nitride film as a lower layer. A structure and a manufacturing method for forming a barrier film having a laminated structure and forming copper for a main wiring are shown.

特開平10−153788号公報JP-A-10-153788 特開2001−7204号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7204

特許文献1では、酸素雰囲気中の熱処理で第1の金属を主体し第2の金属を含む材料で構成された導電層の表面に第2の金属を主体とする酸化物層を形成しているが、基板と第1の金属を主体し第2の金属を含む材料で構成された導電層との界面に生成する酸化物の酸素原子は酸化物である基板の酸素に由来するものと考えられる。   In Patent Document 1, an oxide layer mainly composed of a second metal is formed on the surface of a conductive layer mainly composed of a first metal and composed of a material containing a second metal by heat treatment in an oxygen atmosphere. However, it is considered that the oxygen atom of the oxide generated at the interface between the substrate and the conductive layer composed mainly of the first metal and containing the second metal is derived from the oxygen of the substrate which is an oxide. .

従って、酸化物ではないシリコンとの界面では酸化物層は生成しない。即ち、シリコン上ではバリア性が無いことから、銅がシリコンへ拡散することによるTFT特性の低下、またシリコンが銅へ拡散することによる抵抗率の低下を招く。またシリコンと上記導電層との密着性が弱く剥離し易い。   Therefore, an oxide layer is not generated at the interface with silicon that is not an oxide. That is, since there is no barrier property on silicon, the TFT characteristics deteriorate due to diffusion of copper into silicon, and the resistivity decreases due to diffusion of silicon into copper. In addition, the adhesion between silicon and the conductive layer is weak and easy to peel off.

特許文献2では、銅配線と拡散バリアとで二種類の原料ターゲットを必要とすることから生産性の点で不利である。   Patent Document 2 is disadvantageous in terms of productivity because two types of raw material targets are required for the copper wiring and the diffusion barrier.

そこで、本発明の目的は、銅のシリコンへの拡散及びシリコンの銅への拡散の防止と、シリコンとの密着性に優れた低抵抗銅配線の提供と、生産性の向上とが図れる液晶表示装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display capable of preventing diffusion of copper into silicon and preventing diffusion of silicon into copper, providing a low resistance copper wiring excellent in adhesion to silicon, and improving productivity. Is to provide a device.

本発明は、上記課題を解決するために、一対の基板に挟持された液晶層と、一対の基板の一方の基板に形成される複数の走査信号線と、複数の走査信号線とマトリックス状に交差する複数の映像信号線と、走査信号線と映像信号線との交点付近に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極及び映像信号線は、基板上に形成された第一合金層と、第一合金層上に形成された第二合金層とを有し、第一合金層は、銅を除く少なくとも1種類以上の金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜であり、第二合金層は、第一合金層の金属元素と共通の添加金属元素を含有する銅を主成分とする合金膜である構成とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates, a plurality of scanning signal lines formed on one of the pair of substrates, and a plurality of scanning signal lines in a matrix. A plurality of video signal lines that intersect, a thin film transistor formed in the vicinity of the intersection of the scanning signal line and the video signal line, and a pixel electrode connected to the thin film transistor, and a source electrode, a drain electrode, and a video signal line of the thin film transistor Has a first alloy layer formed on the substrate and a second alloy layer formed on the first alloy layer, the first alloy layer comprising at least one metal element excluding copper and nitrogen. And the second alloy layer is an alloy film mainly containing copper containing an additive metal element common to the metal element of the first alloy layer. .

銅のシリコンへの拡散及びシリコンの銅への拡散の防止と、シリコンとの密着性に優れた低抵抗銅配線の提供と、生産性の向上とが図れる液晶表示装置を提供できる。   It is possible to provide a liquid crystal display device capable of preventing diffusion of copper into silicon and silicon from diffusion, providing a low resistance copper wiring excellent in adhesion to silicon, and improving productivity.

以下に具体的に本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below in detail.

上記の課題を解決するための手段を実施するための形態として、ソース電極及びドレイン電極更に映像信号線は、第一合金層と第二合金層の積層構造で構成され、その第一合金層は、銅を除く少なくとも1種類以上の金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜であり、第二合金層は、第一合金層の金属元素と共通の添加金属元素を含有しかつ窒素を不可避含有量以上含有しない銅を主成分とする合金膜である構成である。   As a form for carrying out the means for solving the above problems, the source electrode and the drain electrode, and the video signal line are composed of a laminated structure of a first alloy layer and a second alloy layer, and the first alloy layer is , An alloy film mainly containing copper containing at least one metal element excluding copper and nitrogen, and the second alloy layer contains a common additive metal element and the metal element of the first alloy layer. And it is the structure which is an alloy film which has as a main component copper which does not contain nitrogen more than unavoidable content.

その添加する金属元素として、具体的にアルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,ハフニウム,リチウム,マグネシウム,マンガン,ニオブ,チタン,バナジウム,ジルコニウムから選択される元素を少なくとも1種類以上を添加することを特徴とする。また、その金属元素の中でも、アルミニウム,チタン,マグネシウムから選択される元素を少なくとも一種類以上を添加することで銅を主成分とする合金膜をより低抵抗化することができる。   Specifically, as the metal element to be added, at least one element selected from aluminum, beryllium, chromium, gallium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, niobium, titanium, vanadium, and zirconium is added. To do. In addition, among the metal elements, by adding at least one element selected from aluminum, titanium, and magnesium, the resistance of the alloy film containing copper as a main component can be further reduced.

更にターゲットの作製に関して、安価に作製するためには鋳造法で作製出来ることが望ましい。   Furthermore, regarding the production of the target, it is desirable that it can be produced by a casting method in order to produce the target at a low cost.

該金属元素の添加量は、0.1から2.0原子%の範囲が望ましい。添加量が2.0原子%より多くなると、銅を主成分とする合金膜の抵抗率が上昇し低抵抗化が難い。また、0.1原子%より少ない場合、バリア性能が低下しシリコン拡散や銅拡散が生じ抵抗率の上昇やTFT特性の劣化に繋がる。またシリコン等の下地との密着性が十分に得られない。   The addition amount of the metal element is preferably in the range of 0.1 to 2.0 atomic%. When the addition amount is more than 2.0 atomic%, the resistivity of the alloy film containing copper as a main component increases and it is difficult to reduce the resistance. On the other hand, when the content is less than 0.1 atomic%, the barrier performance is lowered, and silicon diffusion and copper diffusion occur, leading to an increase in resistivity and deterioration of TFT characteristics. In addition, sufficient adhesion to a substrate such as silicon cannot be obtained.

更に、銅を除く少なくとも1種類以上の金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜の膜厚は1nmから50nmの範囲に形成することを特徴する。1nmより薄くなると密着性及びバリア性が低下し配線の剥離やシリコン,銅の拡散を防止することが難しい。また50nmより厚くなると、積層配線の主配線部分の膜厚が薄くなり高抵抗化につながる。   Further, the alloy film containing copper as a main component and containing at least one metal element excluding copper and nitrogen is formed in the range of 1 nm to 50 nm. If the thickness is less than 1 nm, the adhesion and barrier properties are lowered, and it is difficult to prevent the peeling of wiring and the diffusion of silicon and copper. On the other hand, when the thickness is greater than 50 nm, the thickness of the main wiring portion of the laminated wiring is reduced, leading to higher resistance.

(実施の形態1)
図1は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an active matrix liquid crystal display device.

一対の基板1,17と、その一対の基板に挟持され液晶16を有する液晶層と、その一対の基板を挟持する一対の偏光板22とを有し、その一方の基板1と液晶層間には、ゲート電極である走査信号線2,ゲート絶縁膜5,半導体層6と金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とした合金膜12と銅と金属の合金膜13,コンタクト層7,ドレイン電極9(映像信号線)とソース電極10とが、積層されて形成されたTFTが形成され、また共通信号線3,共通電極4を有し、その上に保護絶縁膜11、その上に画素電極15,配向膜18が形成されている。   A pair of substrates 1, 17, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates and having a liquid crystal 16, and a pair of polarizing plates 22 sandwiching the pair of substrates, between the one substrate 1 and the liquid crystal layer Scan signal line 2 as a gate electrode 2, gate insulating film 5, semiconductor layer 6, alloy film 12 containing copper containing metal element and nitrogen as a main component, alloy film 13 made of copper and metal, contact layer 7, drain A TFT formed by laminating an electrode 9 (video signal line) and a source electrode 10 is formed, and has a common signal line 3 and a common electrode 4, a protective insulating film 11 thereon, and a pixel thereon. An electrode 15 and an alignment film 18 are formed.

また、他方の基板17側には、TFTに対応する部分にブラックマトリクス19が形成され、また表示領域にはカラーフィルタ20が形成され、このブラックマトリクス19とカラーフィルタ20上に平坦化膜21,配向膜18が形成された構造である。   Further, on the other substrate 17 side, a black matrix 19 is formed in a portion corresponding to the TFT, and a color filter 20 is formed in the display area. A planarizing film 21, on the black matrix 19 and the color filter 20, In this structure, the alignment film 18 is formed.

その図1に記載の液晶表示装置のアクティブマトリックス基板(TFTが形成された基板1)の製造方法について図2から図6までを用いて説明する。図2から図6までの各図において、(a)は薄膜トランジスタ部分、(b)は工程の流れを示す。図2から図6までは各フォトリソグラフィ工程に対応して区分けしたもので、各図ともフォトリソグラフィ後の薄膜の加工が終わりフォトレジストを除去した段階を示している。ここで、フォトリソグラフィとは本説明ではフォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでのレジストパタン形成の一連の工程を示すものとし、繰返しの説明は避ける。以下区分けした工程に従って説明する。   A method for manufacturing the active matrix substrate (substrate 1 on which the TFT is formed) of the liquid crystal display device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A to 6B, (a) shows a thin film transistor portion, and (b) shows a process flow. 2 to 6 are divided according to each photolithography process, and each figure shows a stage where the processing of the thin film after photolithography is completed and the photoresist is removed. In this description, photolithography means a series of steps of resist pattern formation from application of a photoresist to selective exposure using a mask and development thereof, and repeated description is avoided. The following explanation is based on the divided steps.

図2は第1フォトリソグラフィ工程を現す。まず、無アルカリガラスからなる基板1上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜は、インジウム亜鉛酸化物,インジウム錫亜鉛酸化物,亜鉛アルミニウム酸化物,亜鉛ガリウム酸化物であってもよい。膜厚は10nm〜150nmの程度であり、約50nmが好適である。続いて、走査信号線2の金属をスパッタリングにより成膜する。膜厚は400nmとした。次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する。ここで、走査信号線2,共通信号線3を形成する部分には露光せずレジストを厚く形成し、透明な共通電極4を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、金属をエッチングし、続いて透明導電膜をエッチングする。ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する。以上の工程により、走査信号線2(ゲート電極,走査信号線端子を含む),共通信号線3(共通信号線端子を含む),透明な共通電極4が形成される。   FIG. 2 shows the first photolithography process. First, a transparent conductive film made of indium tin oxide is formed on a substrate 1 made of alkali-free glass by sputtering. Here, the transparent conductive film may be indium zinc oxide, indium tin zinc oxide, zinc aluminum oxide, or zinc gallium oxide. The film thickness is about 10 nm to 150 nm, and about 50 nm is preferable. Subsequently, the metal of the scanning signal line 2 is formed by sputtering. The film thickness was 400 nm. Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask. Here, a thick resist is formed on the portion where the scanning signal line 2 and the common signal line 3 are formed without exposure, and a thin resist is formed on the portion where the transparent common electrode 4 is formed as half exposure. After photolithography, the metal is etched, and then the transparent conductive film is etched. Here, the resist in the half exposure portion is removed by ashing. Through the above steps, the scanning signal line 2 (including the gate electrode and the scanning signal line terminal), the common signal line 3 (including the common signal line terminal), and the transparent common electrode 4 are formed.

図3は第2フォトリソグラフィ工程を現す。まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜5と、アモルファスシリコンからなる半導体層6と、n+型アモルファスシリコンからなるコンタクト層7をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、コンタクト層7,半導体層6を選択的にエッチングし、レジストを剥離すると、いわゆる島状パタンが形成される。   FIG. 3 shows a second photolithography process. First, a gate insulating film 5 made of silicon nitride, a semiconductor layer 6 made of amorphous silicon, and a contact layer 7 made of n + type amorphous silicon are successively formed by plasma chemical vapor deposition. After photolithography using a binary exposure mask, when the contact layer 7 and the semiconductor layer 6 are selectively etched and the resist is removed, a so-called island pattern is formed.

図4は第3フォトリソグラフィ工程を現す。まず、マグネシウムを添加元素とする銅合金ターゲットを用いて第一合金層の金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜をスパッタリングにより成膜する。成膜時の雰囲気は窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスで、混合ガス中の窒素ガスの濃度は3.6%ある。次に、同ターゲットで第二合金層の金属元素(マグネシウム)を含有する銅を主成分とする合金膜を連続成膜する。この時の成膜雰囲気はアルゴンガスである。ただ第二合金層は、第一合金層に含有された量より少ない量の窒素が含有される場合がある。これは、第一合金層の形成では、希ガスと窒素ガスの混合ガスをスパッタガスとし、第二合金層の形成は希ガスのみをスパッタガスとしています。第一合金層から第二合金層は連続で成膜するため、第一合金層の成膜後、窒素ガスをOFFしても第二合成層の成膜時に、窒素ガスが残留し、僅かに第二層に取り込まれる可能性が有るからである。   FIG. 4 shows a third photolithography process. First, using a copper alloy target containing magnesium as an additive element, an alloy film containing copper as a main component and containing the metal element (magnesium) and nitrogen of the first alloy layer is formed by sputtering. The atmosphere during film formation is a mixed gas of nitrogen gas and argon gas, and the concentration of nitrogen gas in the mixed gas is 3.6%. Next, an alloy film containing copper as a main component and containing the metal element (magnesium) of the second alloy layer is continuously formed on the target. The film forming atmosphere at this time is argon gas. However, the second alloy layer may contain a smaller amount of nitrogen than the amount contained in the first alloy layer. In the formation of the first alloy layer, a mixed gas of rare gas and nitrogen gas is used as the sputtering gas, and in the formation of the second alloy layer, only the rare gas is used as the sputtering gas. Since the first alloy layer to the second alloy layer are continuously formed, even if the nitrogen gas is turned off after the formation of the first alloy layer, the nitrogen gas remains when the second synthetic layer is formed. This is because there is a possibility of being taken into the second layer.

なお、銅合金の添加の金属元素は、マグネシウムの他、窒化物の生成自由エネルギーが負である金属元素(アルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,ハフニウム,リチウム,マンガン,ニオブ,チタン,バナジウム,ジルコニウム)から選ぶことができる。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、マグネシウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜とマグネシウムを含有する銅を主成分とする合金膜との積層膜をエッチング除去し、続いてn+型アモルファスシリコン層をエッチング除去し、レジストを剥離すると、ドレイン電極9(映像信号線,映像信号線端子を含む)、及びソース電極10が形成される。このように、ソース電極10,ドレイン電極9、及び映像信号線は、基板1側から第一合金層,第二合金層の順に積層して形成されることが特徴であり、このような2層構造とすることで、銅のシリコンへの拡散及びシリコンの銅への拡散の防止と、シリコンとの密着性に優れた低抵抗銅配線の提供と、生産性の向上とが図れる液晶表示装置を提供できる。   In addition to magnesium, the metal element added to the copper alloy is a metal element with negative free energy of formation of nitride (aluminum, beryllium, chromium, gallium, hafnium, lithium, manganese, niobium, titanium, vanadium, zirconium) You can choose from. After photolithography using a binary exposure mask, the laminated film of the alloy film containing copper containing magnesium and nitrogen as the main component and the alloy film containing copper containing magnesium as the main component is removed by etching, followed by n + type When the amorphous silicon layer is removed by etching and the resist is peeled off, the drain electrode 9 (including the video signal line and the video signal line terminal) and the source electrode 10 are formed. As described above, the source electrode 10, the drain electrode 9, and the video signal line are formed by laminating the first alloy layer and the second alloy layer in this order from the substrate 1 side. By adopting a structure, a liquid crystal display device capable of preventing diffusion of copper into silicon and silicon from diffusion, providing low resistance copper wiring excellent in adhesion to silicon, and improving productivity. Can be provided.

次に図5は第4フォトリソグラフィ工程を現す。まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜11をプラズマ化学蒸着法で成膜する。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、ソース電極10上及び映像信号端子(図示せず)上の保護絶縁膜11にスルーホール14を開口し、同時に走査信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜11とゲート絶縁膜5にスルーホール14を開口しレジストを剥離する。   Next, FIG. 5 shows a fourth photolithography process. First, the protective insulating film 11 made of silicon nitride is formed by plasma chemical vapor deposition. After photolithography using a binary exposure mask, a through hole 14 is opened in the protective insulating film 11 on the source electrode 10 and on the video signal terminal (not shown), and at the same time, protective insulation on the scanning signal line terminal (not shown). Through holes 14 are opened in the film 11 and the gate insulating film 5, and the resist is peeled off.

図6は第5フォトリソグラフィ工程を現す。インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、画素電極15,走査信号線端子(図示せず),共通信号線端子(図示せず)映像信号線端子(図示せず)のパタンをエッチング加工し、レジストを剥離する。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。   FIG. 6 shows a fifth photolithography process. A transparent conductive film made of indium tin oxide is formed by sputtering. First, after photolithography using a binary exposure mask, the pattern of the pixel electrode 15, the scanning signal line terminal (not shown), the common signal line terminal (not shown) and the video signal line terminal (not shown) is etched. Strip the resist. The active matrix substrate of the liquid crystal display device is completed through the above steps.

(実施の形態2)
次に図11は、アクティブマトリクス型液晶表示装置(実施の形態1と同様)におけるのアクティブマトリクス基板の他の断面図である。
(Embodiment 2)
Next, FIG. 11 is another cross-sectional view of an active matrix substrate in an active matrix liquid crystal display device (similar to Embodiment Mode 1).

図1のアクティブマトリクス基板と異なる構成は、図11では、ゲート絶縁膜5上に半導体膜6が形成され、その上に積層する形で、コンタクト層7,金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とした合金膜12と銅と金属の合金膜13,ソース電極10,ドレイン電極9が形成されていることである。また金属酸化物層8が形成されていることである。その他は図1と同様であるので記載を省略する。   1 differs from the active matrix substrate of FIG. 1 in that, in FIG. 11, a semiconductor film 6 is formed on a gate insulating film 5 and laminated thereon to form a contact layer 7, copper containing a metal element and nitrogen. That is, the alloy film 12, the copper / metal alloy film 13, the source electrode 10, and the drain electrode 9 are formed. Further, the metal oxide layer 8 is formed. Others are the same as in FIG.

この図11に示したアクティブマトリクス基板の製造方法について図7から図11までを用いて説明する。実施例1のアクティブマトリクス基板の製造方法では5回のフォトリソグラフィを用いたが、本実施例では図7,図8,図10,図11の4回のフォトリソグラフィを用いる。図9は、図8の工程を代替する工程を示している。実施例1と同様に、図7から図11までの各図において、(a)は薄膜トランジスタ部分、(b)は工程の流れを示す。以下区分けした工程に従って説明する。   A method for manufacturing the active matrix substrate shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS. In the manufacturing method of the active matrix substrate of the first embodiment, five times of photolithography are used, but in this embodiment, the four times of photolithography of FIGS. 7, 8, 10, and 11 are used. FIG. 9 shows a step of replacing the step of FIG. As in the first embodiment, in each of FIGS. 7 to 11, (a) shows a thin film transistor portion and (b) shows a process flow. The following explanation is based on the divided steps.

図7は第1フォトリソグラフィ工程を現す。まず、無アルカリガラスからなる基板1上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜は、インジウム亜鉛酸化物,インジウム錫亜鉛酸化物であってもよい。膜厚は10nm〜150nmの程度であり、約50nmが好適である。続いて、金属元素(アルミニウム)を含有する銅を主成分とする合金膜をスパッタリングにより成膜する。膜厚は100nm〜500nmの程度であり、ここでは400nmとした。なお、銅合金の添加の金属元素は、酸化反応の平衡酸素圧がインジウムの酸化反応の平衡酸素圧よりも低く、かつ銅中における金属元素の拡散係数が銅の自己拡散係数よりも大きい。また銅中における固溶限が0.1%よりも大きい。これら1つ1つを満たす元素または全てを併せた元素(アルミニウムの他に、例えば、ベリリウム,クロム,ガリウム,マグネシウム,マンガン,チタン,バナジウム,亜鉛)から選ぶことができる。また、後述のソース・ドレイン配線を考慮すると上記元素の中から、アルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,マグネシウム,マンガン,チタン,バナジウム,亜鉛より選択することが望ましい。更に、抵抗率の点から上記元素の中から、アルミニウム,マグネシウム,チタンを選択するとよい。   FIG. 7 shows the first photolithography process. First, a transparent conductive film made of indium tin oxide is formed on a substrate 1 made of alkali-free glass by sputtering. Here, the transparent conductive film may be indium zinc oxide or indium tin zinc oxide. The film thickness is about 10 nm to 150 nm, and about 50 nm is preferable. Subsequently, an alloy film containing copper as a main component and containing a metal element (aluminum) is formed by sputtering. The film thickness is about 100 nm to 500 nm, and is 400 nm here. The metal element added to the copper alloy has an equilibrium oxygen pressure of oxidation reaction lower than the equilibrium oxygen pressure of indium oxidation reaction, and the diffusion coefficient of the metal element in copper is larger than the self-diffusion coefficient of copper. Moreover, the solid solubility limit in copper is larger than 0.1%. These elements can be selected from elements satisfying each of these elements or elements combined with all of them (in addition to aluminum, for example, beryllium, chromium, gallium, magnesium, manganese, titanium, vanadium, and zinc). Further, considering the source / drain wiring described later, it is desirable to select from among the above elements from aluminum, beryllium, chromium, gallium, magnesium, manganese, titanium, vanadium, and zinc. Furthermore, aluminum, magnesium, and titanium may be selected from the above elements in terms of resistivity.

また、その金属元素の酸化反応の平衡酸素圧は、珪素の酸化反応の平衡酸素圧よりも低く、かつ、銅中における金属元素の拡散係数が銅の自己拡散係数よりも大きい。   Moreover, the equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction of the metal element is lower than the equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction of silicon, and the diffusion coefficient of the metal element in copper is larger than the self-diffusion coefficient of copper.

なお、酸化反応の平衡酸素圧は次式のPOで定義される。 The equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction is defined by the following formula PO .

Figure 2009088049
Figure 2009088049

ここで、ΔGOは酸化物の生成自由エネルギー、nOは該酸化物の酸素原子化学量論数、Rは気体定数、Tは温度である。 Here, ΔG O is the free energy of formation of the oxide, n O is the oxygen atom stoichiometric number of the oxide, R is the gas constant, and T is the temperature.

次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する。ここで、走査信号線2,共通信号線3を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、共通(透明)電極4を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソクラフィの後、アルミニウムを含有する銅を主成分とする合金膜をエッチングし、続いて透明導電膜をエッチングする。   Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask. Here, a thick resist is formed on the portions constituting the scanning signal line 2 and the common signal line 3 without exposure, and a thin resist is formed on the portion where the common (transparent) electrode 4 is formed as half exposure. After photolithography, an alloy film containing aluminum as a main component and containing aluminum is etched, and then the transparent conductive film is etched.

ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する。アッシングの後、ハーフ露光部のアルミニウムを含有する銅を主成分とする合金膜をエッチングし、レジストを剥離する。   Here, the resist in the half exposure portion is removed by ashing. After the ashing, the alloy film mainly composed of copper containing aluminum in the half-exposed portion is etched, and the resist is peeled off.

以上の工程により、走査信号線2(ゲート電極,走査信号線端子を含む),共通信号線3(共通信号線端子を含む),共通(透明)電極4が形成される。   Through the above steps, the scanning signal line 2 (including the gate electrode and the scanning signal line terminal), the common signal line 3 (including the common signal line terminal), and the common (transparent) electrode 4 are formed.

図8は第2フォトリソグラフィ工程を現す。まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜5と、アモルファスシリコンからなる半導体層6と、n+型アモルファスシリコンからなるコンタクト層7をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する。   FIG. 8 shows a second photolithography process. First, a gate insulating film 5 made of silicon nitride, a semiconductor layer 6 made of amorphous silicon, and a contact layer 7 made of n + type amorphous silicon are successively formed by plasma chemical vapor deposition.

この成膜温度は約300℃であり、この時、第1フォトリソグラフィ工程で形成した透明導電膜とアルミニウムを含有する銅を主成分とする合金膜膜との界面に金属元素(アルミニウムを)含有する銅を主成分とする合金膜の添加の金属元素の金属酸化物層8が形成される。つまり、薄膜トランジスタのゲート電極及び走査信号線は、インジウム酸化物を主成分とする透明導電膜と、その透明導電膜上に形成された金属酸化物膜と、その金属酸化物上に形成された銅を主成分とする合金膜とを有する。その合金膜の添加金属元素と、金属酸化物膜の添加金属元素と、第一合金層及び第二合金層の金属元素は、共通である。   The film forming temperature is about 300 ° C., and at this time, a metal element (aluminum) is contained at the interface between the transparent conductive film formed in the first photolithography process and the alloy film mainly containing copper containing aluminum. A metal oxide layer 8 of a metal element added with an alloy film containing copper as a main component is formed. That is, the gate electrode and the scanning signal line of the thin film transistor include a transparent conductive film mainly composed of indium oxide, a metal oxide film formed on the transparent conductive film, and a copper formed on the metal oxide. And an alloy film containing as a main component. The added metal element of the alloy film, the added metal element of the metal oxide film, and the metal elements of the first alloy layer and the second alloy layer are common.

続いて、第一合金層の金属元素(アルミニウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜をスパッタリングにより成膜する。成膜時の雰囲気は窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスで混合ガス中の窒素ガスの濃度は3.6%ある。次に、第二合金層の金属元素(アルミニウム)を含有する銅を主成分とする合金膜を連続成膜する。この時の成膜雰囲気はアルゴンガスである。   Subsequently, an alloy film mainly composed of copper containing the metal element (aluminum) and nitrogen of the first alloy layer is formed by sputtering. The atmosphere during film formation is a mixed gas of nitrogen gas and argon gas, and the concentration of nitrogen gas in the mixed gas is 3.6%. Next, an alloy film mainly composed of copper containing the metal element (aluminum) of the second alloy layer is continuously formed. The film forming atmosphere at this time is argon gas.

次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する。ここで、ドレイン電極9(映像信号線,映像信号線端子を含む)、及びソース電極10を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、半導体層6の島パタンを形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、アルミニウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金とアルミニウムを含有する銅を主成分とする合金との積層膜をエッチングし、続いてn+型アモルファスシリコン層とアモルファスシリコン層をエッチングする。ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する。アッシングの後、ハーフ露光部の銅合金の積層膜とn+型アモルファスシリコン層をエッチングすることで薄膜トランジスタのチャネルを分離し、レジストを剥離する。以上の工程により、ドレイン電極9(映像信号線,映像信号線端子を含む),ソース電極10,半導体層6の島パタンが形成される。   Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask. Here, the drain electrode 9 (including the video signal line and the video signal line terminal) and the source electrode 10 are not exposed to the resist, and the resist is formed thick, and the island pattern of the semiconductor layer 6 is formed. A thin resist is formed as half exposure. After photolithography, a laminated film of an alloy containing copper containing aluminum and nitrogen as a main component and an alloy containing copper containing aluminum as a main component is etched, and then an n + type amorphous silicon layer and an amorphous silicon layer are etched. Etch. Here, the resist in the half exposure portion is removed by ashing. After ashing, the channel of the thin film transistor is separated by etching the copper alloy laminated film and the n + type amorphous silicon layer in the half-exposed portion, and the resist is peeled off. Through the above steps, the drain electrode 9 (including the video signal line and the video signal line terminal), the source electrode 10, and the island pattern of the semiconductor layer 6 are formed.

なお、図8に示した第2フォトリソグラフィ工程は、図9に示す工程で代替してもよい。図9では、まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜5と、アモルファスシリコンからなる半導体層6と、n+型アモルファスシリコンからなるコンタクト層7をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する。この成膜温度は約300℃であり、この時、第1フォトリソグラフィ工程で形成した透明導電膜と金属元素(アルミニウム)を含有する銅を主成分とする合金との界面に銅合金の添加元素の金属酸化物層8が形成される。続いて、同じ金属元素(アルミニウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜とアルミニウムを含有する銅を主成分とする合金膜を連続成膜する。なお、成膜雰囲気は図8に示した工程と同様である。   Note that the second photolithography process shown in FIG. 8 may be replaced with the process shown in FIG. In FIG. 9, first, a gate insulating film 5 made of silicon nitride, a semiconductor layer 6 made of amorphous silicon, and a contact layer 7 made of n + type amorphous silicon are successively formed by plasma chemical vapor deposition. The film forming temperature is about 300 ° C., and at this time, an additive element of the copper alloy is formed at the interface between the transparent conductive film formed in the first photolithography process and the alloy containing copper containing metal element (aluminum) as a main component. The metal oxide layer 8 is formed. Subsequently, an alloy film mainly containing copper containing the same metal element (aluminum) and nitrogen and an alloy film mainly containing copper containing aluminum are successively formed. The film forming atmosphere is the same as the process shown in FIG.

次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する。ここで、レジストパタンはドレイン電極9(映像信号線,映像信号線端子を含む)、及びソース電極10を構成する部分に形成され、その内薄膜トランジスタのチャネル周辺には露光をせずにレジストを厚く形成し、その他の部分にはハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソクラフィの後、金属元素(アルミニウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜12と金属元素(アルミニウム)を含有する銅を主成分とする合金膜13との積層膜をエッチングすることによりドレイン電極9(映像信号線,映像信号線端子を含む)及びソース電極10を形成し、続いてn+型アモルファスシリコン層をエッチングすることにより薄膜トランジスタのチャネルを分離する。ここで、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去し(このハーフ露光部のレジスト除去工程は省略可能)、残りのレジストをリフローし薄膜トランジスタのチャネル部をレジストで埋める。引き続き、アモルファスシリコン層をエッチングすることで半導体層6の島パタンが形成される。   Next, a resist pattern is formed by photolithography using a half exposure mask. Here, the resist pattern is formed in portions constituting the drain electrode 9 (including the video signal line and video signal line terminal) and the source electrode 10, and the resist is thickened without exposing the periphery of the channel of the thin film transistor. The resist is thinly formed on the other portions as half exposure. After the photolithography, the laminated film of the alloy film 12 containing copper containing metal element (aluminum) and nitrogen as the main component and the alloy film 13 containing copper containing metal element (aluminum) as the main ingredient is etched. Thus, the drain electrode 9 (including the video signal line and the video signal line terminal) and the source electrode 10 are formed, and the channel of the thin film transistor is separated by etching the n + type amorphous silicon layer. Here, the resist in the half exposure portion is removed by ashing (the resist removal process in the half exposure portion can be omitted), the remaining resist is reflowed, and the channel portion of the thin film transistor is filled with the resist. Subsequently, the island pattern of the semiconductor layer 6 is formed by etching the amorphous silicon layer.

図10は第3フォトリソグラフィ工程を現す。まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜11をプラズマ化学蒸着法で成膜する。この成膜温度は約230℃である。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、ソース電極10上および映像信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜11にスルーホール14を開口し、同時に走査信号線端子(図示せず)上の保護絶縁膜11とゲート絶縁膜5にスルーホール14を開口し、レジストを剥離する。   FIG. 10 shows a third photolithography process. First, the protective insulating film 11 made of silicon nitride is formed by plasma chemical vapor deposition. The film forming temperature is about 230 ° C. After photolithography using a binary exposure mask, a through hole 14 is opened in the protective insulating film 11 on the source electrode 10 and on the video signal line terminal (not shown), and at the same time protection on the scanning signal line terminal (not shown). A through hole 14 is opened in the insulating film 11 and the gate insulating film 5, and the resist is peeled off.

図11は第4フォトリソグラフィ工程を現す。インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後、画素電極15,走査信号線端子(図示せず),共通信号線端子(図示せず),映像信号線端子(図示せず)のパタンをエッチング加工し、レジストを剥離する。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。   FIG. 11 shows a fourth photolithography process. A transparent conductive film made of indium tin oxide is formed by sputtering. First, after photolithography using a binary exposure mask, the pattern of the pixel electrode 15, the scanning signal line terminal (not shown), the common signal line terminal (not shown), and the video signal line terminal (not shown) is etched. Then, the resist is peeled off. The active matrix substrate of the liquid crystal display device is completed through the above steps.

上記実施の形態により、銅に添加する金属元素の選択により一つのターゲットを用いてゲート電極及び走査信号線,ソース,ドレイン電極及び映像信号線を製造することができる。   According to the above embodiment, a gate electrode, a scanning signal line, a source, a drain electrode, and a video signal line can be manufactured using one target by selecting a metal element added to copper.

(実施の形態3)
図12に本実施例に用いた試料の断面構成図を示す。
(Embodiment 3)
FIG. 12 shows a cross-sectional configuration diagram of the sample used in this example.

無アルカリガラスの基板1上に窒化シリコン35(350nm),アモルファスシリコン36(150nm),n+型アモルファスシリコン37(20nm)の順にプラズマ化学蒸着法で成膜し下地基板を作製する。   A silicon nitride 35 (350 nm), amorphous silicon 36 (150 nm), and n + -type amorphous silicon 37 (20 nm) are deposited in this order on the alkali-free glass substrate 1 to produce a base substrate.

次に銅−1原子%マグネシウム合金ターゲットで、金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38をスパッタリングで成膜する。膜厚は20nmとした。この時の成膜条件は、例えば成膜圧力:2.5mTorr,成膜ガス:窒素ガス(純度99.999%)+アルゴンガス(純度99.999%),混合ガス中の窒素濃度:3.6%,DCパワー:0.25kWで行う。   Next, an alloy film 38 mainly composed of copper containing a metal element (magnesium) and nitrogen is formed by sputtering using a copper-1 atomic% magnesium alloy target. The film thickness was 20 nm. The film formation conditions at this time are, for example, film formation pressure: 2.5 mTorr, film formation gas: nitrogen gas (purity 99.999%) + argon gas (purity 99.999%), nitrogen concentration in the mixed gas: 3. 6%, DC power: 0.25 kW.

次に、同ターゲットを用いて、成膜雰囲気をアルゴンガスのみで金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38上に、銅と金属元素(マグネシウム)を含む銅を主成分とする合金膜33を300nm連続成膜する。この時の成膜条件は、例えば成膜圧力:1.4mTorr,雰囲気:アルゴンガス(純度99.999%),DCパワー:0.5kWで行う。   Next, using the same target, the deposition atmosphere is made of argon gas alone, and copper containing metal and metal element (magnesium) is formed on alloy film 38 containing copper as a main component and containing metal element (magnesium) and nitrogen. An alloy film 33 having a main component of 300 nm is continuously formed. The film forming conditions at this time are, for example, film forming pressure: 1.4 mTorr, atmosphere: argon gas (purity 99.999%), DC power: 0.5 kW.

その積層膜を250℃で真空熱処理し、膜厚方向の組成分析による銅及びシリコンの拡散状況を測定した。比較として下地基板上に金属元素(マグネシウム)を含む銅を主成分とする合金膜33を作製し、同様の熱処理及び組成分析を行った。図13は比較例1の分析結果である。比較例では、金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38が無いために、銅が下地基板中へ、またシリコンが銅中に拡散している。一方、図14は本発明の分析結果である。金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38を配置することで、下地基板への銅の拡散が抑えられている。従って、本発明の金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38が拡散バリアとしての機能が十分満足するものである。   The laminated film was subjected to vacuum heat treatment at 250 ° C., and the diffusion state of copper and silicon was measured by composition analysis in the film thickness direction. For comparison, an alloy film 33 mainly composed of copper containing a metal element (magnesium) was formed on a base substrate, and the same heat treatment and composition analysis were performed. FIG. 13 shows the analysis result of Comparative Example 1. In the comparative example, since there is no alloy film 38 mainly composed of copper containing a metal element (magnesium) and nitrogen, copper diffuses into the base substrate and silicon diffuses into the copper. On the other hand, FIG. 14 shows the analysis result of the present invention. By disposing the alloy film 38 mainly composed of copper containing a metal element (magnesium) and nitrogen, diffusion of copper to the base substrate is suppressed. Therefore, the alloy film 38 mainly composed of copper containing the metal element (magnesium) and nitrogen according to the present invention sufficiently satisfies the function as a diffusion barrier.

成膜後の試料の密着性を評価した。評価方法はクロスカットテストである。図15に測定結果を示す。マグネシウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38の無い試料は下地との密着性が悪く全面剥離した。一方、マグネシウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38を形成したサンプルは下地基板から剥がれることはなく十分な密着性が得られる。   The adhesion of the sample after film formation was evaluated. The evaluation method is a crosscut test. FIG. 15 shows the measurement results. A sample without the alloy film 38 containing magnesium and nitrogen containing copper as a main component had poor adhesion to the base and was peeled entirely. On the other hand, the sample in which the alloy film 38 mainly composed of copper containing magnesium and nitrogen is formed is not peeled off from the base substrate, and sufficient adhesion can be obtained.

また、マグネシウムの添加量の異なる銅とマグネシウムの合金ターゲットを作製し、マグネシウムの添加量のことなる金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38をそれぞれ形成した。次に金属元素(マグネシウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38上に金属元素(マグネシウム)を含有する銅を主成分とする合金膜を連続成膜し、試料を作製した。図16に抵抗率の測定結果を示す。マグネシウムの添加量が2原子%より多くなると抵抗率が増加する。従って、添加量は2原子%以下が最適である。   Also, copper and magnesium alloy targets having different amounts of magnesium added were prepared, and alloy films 38 mainly composed of copper containing metal elements (magnesium) and nitrogen having different amounts of magnesium added were formed. Next, an alloy film mainly containing copper containing the metal element (magnesium) was continuously formed on the alloy film 38 containing copper containing the metal element (magnesium) and nitrogen as a main component, thereby preparing a sample. . FIG. 16 shows the resistivity measurement results. The resistivity increases when the amount of magnesium added is greater than 2 atomic%. Therefore, the addition amount is optimally 2 atomic% or less.

本実施例では、金属元素として、マグネシウムについて記載したが、他にアルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,ハフニウム,リチウム,マンガン,ニオブ,チタン,バナジウム,ジルコニウムを用いても、上記と同様の特性を有する。   In this example, magnesium was described as the metal element, but the same characteristics as described above are obtained even when aluminum, beryllium, chromium, gallium, hafnium, lithium, manganese, niobium, titanium, vanadium, or zirconium is used. .

(実施の形態4)
実施例3と同様に作製した下地基板上に、銅−0.5原子%アルミニウムのターゲットを用いて、膜厚の異なる金属元素(アルミニウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38をスパッタリング法で成膜した。この時の成膜条件は、例えば成膜圧力:2.5mTorr,成膜ガス:窒素ガス(純度99.999%)+アルゴンガス(純度99.999%),混合ガス中の窒素濃度:3.6%,DCパワー:0.25kWである。成膜時間を変えることで膜厚の異なる金属元素(アルミニウム)と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38を作製した。
(Embodiment 4)
An alloy film mainly composed of copper containing a metal element (aluminum) having different film thickness and nitrogen on a base substrate produced in the same manner as in Example 3 using a copper-0.5 atomic% aluminum target. 38 was formed by sputtering. The film formation conditions at this time are, for example, film formation pressure: 2.5 mTorr, film formation gas: nitrogen gas (purity 99.999%) + argon gas (purity 99.999%), nitrogen concentration in the mixed gas: 3. 6%, DC power: 0.25 kW. By changing the film formation time, an alloy film 38 mainly composed of copper containing metal elements (aluminum) and nitrogen having different film thicknesses was produced.

次に、成膜雰囲気をアルゴンガスのみで前記アルミニウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜38上に金属元素(アルミニウム)を含有する銅を主成分とする合金膜を270nm連続成膜した。得られた試料を真空熱処理しアルミニウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜のバリア性を評価した。アルミニウムと窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜は1nm以上の膜厚で、バリア性能を有することが明らかになった。但し、拡散バリアの膜厚が厚くなると、成膜に要する時間が長くなり生産性の低下を招く恐れが有る。従って本発明では1nmから50nmの膜厚があれば十分に拡散バリアとしての効果が得られる。   Next, an alloy film mainly composed of copper containing a metal element (aluminum) is continuously formed at 270 nm on the alloy film 38 mainly composed of copper containing aluminum and nitrogen with only argon gas. Filmed. The obtained sample was subjected to a vacuum heat treatment, and the barrier properties of an alloy film mainly composed of copper containing aluminum and nitrogen were evaluated. It has been clarified that an alloy film containing copper and aluminum containing aluminum and nitrogen as a main component has a barrier performance with a film thickness of 1 nm or more. However, when the film thickness of the diffusion barrier is increased, the time required for film formation becomes longer, which may lead to a decrease in productivity. Therefore, in the present invention, if the film thickness is 1 nm to 50 nm, the effect as a diffusion barrier can be sufficiently obtained.

本発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the liquid crystal display device based on this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の他の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the other manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の他の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the other manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の他の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the other manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の他の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the other manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の他の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the other manufacturing method of the active matrix substrate of this invention. 本発明のアクティブマトリクス基板の試料の一断面を示す図である。It is a figure which shows one cross section of the sample of the active matrix substrate of this invention. 比較例のバリア特性を示す図である。It is a figure which shows the barrier characteristic of a comparative example. 本発明のバリア特性を示す図である。It is a figure which shows the barrier characteristic of this invention. 本発明の密着性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the adhesive test result of this invention. 本発明のMg添加量と抵抗率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Mg addition amount and resistivity of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 走査信号線
3 共通信号線
4 共通電極
5 ゲート絶縁膜
6 半導体層
7 コンタクト層
8 金属酸化物層
9 ドレイン電極(映像信号線)
10 ソース電極
11 保護絶縁膜
12 金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜
13 銅と金属元素の合金膜
14 スルーホール
15 画素電極
16 液晶
17 カラーフィルタ用ガラス基板
18 配向膜
19 ブラックマトリクス
20 カラーフィルタ
21 平坦化膜
22 偏光板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Scan signal line 3 Common signal line 4 Common electrode 5 Gate insulating film 6 Semiconductor layer 7 Contact layer 8 Metal oxide layer 9 Drain electrode (video signal line)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Source electrode 11 Protective insulating film 12 Alloy film 13 mainly composed of copper containing metal element and nitrogen 13 Alloy film 14 made of copper and metal element Through hole 15 Pixel electrode 16 Liquid crystal 17 Glass substrate 18 for color filter Black matrix 20 Color filter 21 Flattening film 22 Polarizing plate

Claims (14)

一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板に形成される複数の走査信号線と、前記複数の走査信号線とマトリックス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点付近に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、
前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極及び前記映像信号線は、前記基板上に形成された第一合金層と、前記第一合金層上に形成された第二合金層とを有し、
前記第一合金層は、銅を除く少なくとも1種類以上の金属元素と窒素とを含有する銅を主成分とする合金膜であり、
前記第二合金層は、前記第一合金層の金属元素と共通の添加金属元素を含有する銅を主成分とする合金膜である液晶表示装置。
A pair of substrates; a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates; a plurality of scanning signal lines formed on one of the pair of substrates; and a plurality of scanning signal lines intersecting the plurality of scanning signal lines in a matrix. A video signal line, a thin film transistor formed near an intersection of the scanning signal line and the video signal line, and a pixel electrode connected to the thin film transistor,
The source electrode and drain electrode of the thin film transistor and the video signal line have a first alloy layer formed on the substrate and a second alloy layer formed on the first alloy layer,
The first alloy layer is an alloy film mainly composed of copper containing at least one metal element excluding copper and nitrogen.
The liquid crystal display device, wherein the second alloy layer is an alloy film mainly composed of copper containing an additive metal element common to the metal element of the first alloy layer.
請求項1記載の液晶表示装置において、
前記第一合金層に含有された前記金属元素の窒化物の生成自由エネルギが負である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 1.
A liquid crystal display device in which a free energy of formation of the nitride of the metal element contained in the first alloy layer is negative.
請求項1記載の液晶表示装置において、
前記第二合金層は、前記第一合金層に含有された量より少ない量の窒素が含有された液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 1.
The liquid crystal display device in which the second alloy layer contains a smaller amount of nitrogen than the amount contained in the first alloy layer.
請求項2記載の液晶表示装置において、
前記第一合金層と前記第二合金層に含有された前記金属元素は、アルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,ハフニウム,リチウム,マグネシウム,マンガン,ニオブ,チタン,バナジウム,ジルコニウムから選択される少なくとも1種類以上である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 2.
The metal element contained in the first alloy layer and the second alloy layer is at least one selected from aluminum, beryllium, chromium, gallium, hafnium, lithium, magnesium, manganese, niobium, titanium, vanadium, and zirconium. This is the liquid crystal display device.
請求項4記載の液晶表示装置において、
前記第一合金層と前記第二合金層に含有された前記金属元素は、アルミニウム,チタン,マグネシウムから選択される少なくとも1種類以上である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 4.
The liquid crystal display device, wherein the metal element contained in the first alloy layer and the second alloy layer is at least one selected from aluminum, titanium, and magnesium.
請求項4記載の液晶表示装置において、
前記第一合金層と前記第二合金層に含有された前記金属元素の含有量は、0.1原子%以上2.0原子%以下の範囲である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 4.
The liquid crystal display device, wherein a content of the metal element contained in the first alloy layer and the second alloy layer is in a range of 0.1 atomic% to 2.0 atomic%.
請求項4記載の液晶表示装置において、
前記第一合金層の膜厚は、1nm以上50nm以下の範囲である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 4.
The liquid crystal display device wherein the thickness of the first alloy layer is in the range of 1 nm to 50 nm.
請求項1記載の液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタのゲート電極及び前記走査信号線は、インジウム酸化物を主成分とする透明導電膜と、前記透明導電膜上に形成された金属酸化物膜と、前記金属酸化物上に形成された銅を主成分とする合金膜とを有し、
前記合金膜の添加金属元素と、前記金属酸化物膜の添加金属元素と、前記第一合金層及び前記第二合金層の前記金属元素は、共通である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 1.
The gate electrode and the scanning signal line of the thin film transistor include a transparent conductive film mainly composed of indium oxide, a metal oxide film formed on the transparent conductive film, and a copper formed on the metal oxide. And an alloy film mainly composed of
The liquid crystal display device in which the additive metal element of the alloy film, the additive metal element of the metal oxide film, and the metal element of the first alloy layer and the second alloy layer are common.
請求項8記載の液晶表示装置において、
前記金属元素の酸化反応の平衡酸素圧は、インジウムの酸化反応の平衡酸素圧よりも低く、かつ、銅中における前記金属元素の拡散係数が銅の自己拡散係数よりも大きい液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 8.
The equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction of the metal element is lower than the equilibrium oxygen pressure of the indium oxidation reaction, and the diffusion coefficient of the metal element in copper is larger than the self-diffusion coefficient of copper.
請求項9記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、アルミニウム,ベリリウム,クロム,ガリウム,マグネシウム,マンガン,チタン,バナジウム,亜鉛から選択される元素を少なくとも1種類以上が添加された液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 9.
The liquid crystal display device in which the metal element is added with at least one element selected from aluminum, beryllium, chromium, gallium, magnesium, manganese, titanium, vanadium, and zinc.
請求項1記載の液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタのゲート電極及び前記走査信号線は、金属酸化物膜と、前記金属酸化物膜上に形成された銅を主成分とする合金膜とを有し、
前記合金膜の添加金属元素と、前記金属酸化物の金属元素と、前記第一合金層及び前記第二合金層の前記金属元素は、共通である液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 1.
The gate electrode of the thin film transistor and the scanning signal line have a metal oxide film and an alloy film mainly composed of copper formed on the metal oxide film,
The liquid crystal display device in which the additive metal element of the alloy film, the metal element of the metal oxide, and the metal element of the first alloy layer and the second alloy layer are common.
請求項11記載の液晶表示装置において、
前記金属元素の酸化反応の平衡酸素圧は、珪素の酸化反応の平衡酸素圧よりも低く、かつ、銅中における前記金属元素の拡散係数が銅の自己拡散係数よりも大きい液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 11.
The equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction of the metal element is lower than the equilibrium oxygen pressure of the oxidation reaction of silicon, and the diffusion coefficient of the metal element in copper is larger than the self diffusion coefficient of copper.
請求項12記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、アルミニウム,ベリリウム,マグネシウム,チタンのうち少なくとも一種類以上が添加された液晶表示装置。
The liquid crystal display device according to claim 12.
The liquid crystal display device to which at least one of the metal elements is added among aluminum, beryllium, magnesium, and titanium.
請求項1記載の液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極及び前記映像信号線を構成する前記第一合金層と前記第二合金層の形成工程は、前記第一合金層と前記第二合金層とで同一のスパッタリングターゲットを原料とし、前記スパッタリングターゲットは前記第二合金層と前記第一合金層に共通の添加金属元素を含有する銅を主成分とする合金であり、前記第一合金層の形成工程では希ガスと窒素ガスとの混合ガスをスパッタガスとし、前記第二合金層の形成工程では希ガスをスパッタガスとすることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
The liquid crystal display device according to claim 1.
The step of forming the first alloy layer and the second alloy layer constituting the source and drain electrodes of the thin film transistor and the video signal line is performed by using the same sputtering target in the first alloy layer and the second alloy layer. As a raw material, the sputtering target is an alloy mainly composed of copper containing an additive metal element common to the second alloy layer and the first alloy layer, and in the step of forming the first alloy layer, a rare gas and nitrogen are used. A method for manufacturing a liquid crystal display device, wherein a mixed gas with a gas is used as a sputtering gas, and a rare gas is used as a sputtering gas in the step of forming the second alloy layer.
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