液晶表示装置およびその製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子に金属−絶縁体−金属構造（以下ＭＩＭと記す）や薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置において、配線材料であるタンタル（以下Ｔａと記す）膜と酸化インジウムスズ膜（以下ＩＴＯと記す）などの透明導電体を積層する部分の構造と製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、高品位な画質が得られるアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のスイッチング素子として、ＴＦＴや、ダイオードや、ＭＩＭ素子などが用いられている。ＴＦＴのゲート電極や配線材料、ＭＩＭ素子の電極や配線材料には、陽極酸化法で容易に高品質の絶縁膜を形成できるＴａ膜が多く使われる。
【０００３】ところで、画素電極および配線材料として用いられている酸化インジウムスズを、Ｔａ上にスパッタリング法などで積層して熱処理を行うと、Ｔａの酸素親和力が大きいためＩＴＯからＴａに酸素が拡散する。このためＴａとＩＴＯの界面では、Ｔａ側に絶縁性の酸化タンタル層が形成されて接触抵抗が高くなる。一方、ＩＴＯ側は界面付近で酸素が欠乏するので、インジウムの析出層やインジウムの低級酸化物層が形成され、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の密着性が低下する。そこでＴａ配線とＩＴＯ配線を接続するのに、Ｔａ層とＩＴＯ層の間にバリア層として他の金属を設けることや、陽極酸化処理などの方法で酸化タンタル層を形成し、Ｔａ層とＩＴＯ層を酸化タンタル層をはさんで容量結合することなどが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の間にバリア層として他の金属を設ける方法では、バリア層のパターンニング工程が必要となって製造工程が複雑化する。また、酸化物層をはさんで容量結合で接続する方法では、例えばＭＩＭ素子の非対称性を補正するための直流バイアス（オフセット）駆動がやりにくいという不都合がある。本発明の目的は、この問題を解決して、複雑な製造工程によらずにＴａ膜とＩＴＯ膜の密着性を改善し、Ｔａ膜とＩＴＯ膜を抵抗を低くして直流結合することのできる配線接続部の構造と製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明では液晶表示装置におけるＴａ膜とＩＴＯ膜の積層部において、Ｔａ膜の表面あるいは下層に窒化層を形成して、その上にＩＴＯ膜を積層し、この窒化層を介してＴａ膜とＩＴＯ膜を導通させる構造を取る。さらに、Ｔａ膜の下層に窒化層を形成する構造においては、Ｔａ膜の上面に陽極酸化を施して絶縁体を形成し、その上にＩＴＯ膜を積層する構造を取るものもある。
【０００６】Ｔａ膜の表面に窒化層を設ける構造の製造方法は、ガラス基板上にスパッタリング法によりＴａからなる金属を形成する工程と、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程と、金属と透明導電体の接続部にはレジストを施し素子部にはレジストを施さずに陽極酸化を行い、素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程よりなる。金属表面に窒化層を形成する工程は、基板の表示領域をレジストマスクで覆って行うこともある。また、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程は、順序を入れ替えてもよい。
【０００７】Ｔａ膜の下層に窒化層を設ける構造の製造方法は、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、スパッタリング法によりＴａからなる金属を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程と、金属と透明導電体の接続部にはレジストを施し素子部にはレジストを施さずに陽極酸化を行い、素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程よりなる。さらに、金属上面に絶縁体を設ける場合には、金属形成後に陽極酸化を行って絶縁体を形成してから、フォトエッチングによるパターンニングを行う。
【０００８】上記の製造方法において、金属表面に窒化層を形成する方法は、窒素プラズマ処理、または窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法、窒素雰囲気中での熱処理、またはＮ2 をドーピングガスとするイオン注入法である。
【０００９】
【実施例】本発明による液晶表示装置の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の液晶表示装置のアクティブ基板１の概略図で、破線で囲った表示領域３に多数の信号線、スイッチング素子、画素電極が形成されており、信号線は配線１５によって基板上に実装された駆動用ＩＣ（１６）に接続されている。図２は図１の表示領域３内の一つの画素電極の周辺を示す。信号線２は表面の一部に絶縁層の形成された金属で、本発明の実施例においては材料にタンタル（Ｔａ）を用い、破線１１で囲ったＭＩＭ素子部を介して、画素電極である透明導電体１０に接続されている。図３はＭＩＭ素子部の拡大図である。図４は図１の配線１５におけるＴａ／ＩＴＯ接続部を示し、破線部が金属のＴａ、実線部が透明導電体のＩＴＯである。図４のような接続部が図１の配線１５群の各線の中間部にあって、接続部より表示領域３側が金属の信号線による配線、駆動用ＩＣ（１６）側が透明導電体１０による配線である。このように配線１５として別種の導体を連結するのは、金属の信号線が表面に自然酸化膜を生じて駆動用ＩＣ（１６）やフレキシブル回路基板等を接続するのに適しないため、これらの回路部品を安定な導電体であるＩＴＯに接続するのが一般だからである。図４にて接続部は必ずしも局部的でなく、配線１５に沿ってかなりの長さに亘る場合もある。なお、図２の方形部分も透明導電体１０であるが、こちらは画素電極であって、図４における配線の透明導電体１０と同一材料、同一工程で同時に形成されるものの、図４の配線とは別の部分である。また、図４にて金属配線に「６，７または６，７，１１」と符号が付してあるのは、後述の説明に対応するものである。以下の各実施例において、ＭＩＭ素子部については図３のＡ−Ａ線における工程順の断面図、Ｔａ／ＩＴＯ接続部については図４R>４のＢ−Ｂ線における工程順の断面図を参照しながら説明する。
【００１０】まず、本発明の第１の実施例について、図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図５（ａ）〜（ｅ）に示す。また、図４のＢ−Ｂ線における配線のＴａ／ＩＴＯ接続部の工程順の断面図を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００１１】第１の実施例において、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図６（ｅ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の金属６のＴａは、上面に窒化タンタル（ＴａＮｘ）の窒化層７を設けてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００１２】この構造によれば、金属６のＴａは上面で窒化層７をはさんで透明導電体１０のＩＴＯに接合し、側面でＩＴＯと直接に接合する。側面では金属６とＩＴＯの界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。しかし窒化層７を介した上面は、酸化膜が形成されないので抵抗が十分低い接合になる。
【００１３】次に、上記の構造を得るための製造方法を説明する。図５（ａ）と図６（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に金属６としてＴａをスパッタリング法により厚さ２５０ｎｍに形成する。
【００１４】次に、下記の条件で金属６に窒素プラズマ処理を施し、図５（ｂ）と図６（ｂ）のように、金属６のＴａ表面に窒化タンタルの窒化層７を形成する。窒素プラズマ処理は、金属６のＴａ膜形成後に真空を破らずに行ってもよく、一度大気中に出した後に行ってもよい。
ガス種 ：窒素ガスガス圧 ：１ｍＴｏｒｒＲｆ投入電力 ：０．０８Ｗ／ｃｍ2処理時間 ：１〜３０ｍｉｎ処理温度 ：室温（特に加熱せず）
【００１５】次に、図５（ｃ）と図６（ｃ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ処理とリアクティブイオンエッチング（以下ＲＩＥと略す）処理により、金属６のＴａと窒化層７を同時にパターンニングする。ここで、窒化層７の膜厚は数ｎｍ〜数１０ｎｍと薄いので、金属６のパターンニング工程にはなんら影響ない。
【００１６】次に、図６（ｄ）と図５（ｄ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図５（ｄ）のごとく金属６の表面に絶縁体９の五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ７０ｎｍに形成する。この場合、窒化層７は前述のように充分薄いので、絶縁体９の形成に影響しない。
【００１７】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図５（ｅ）と図６（ｅ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチング処理によりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００１８】図７は、前記の窒化条件で金属６を窒素プラズマ処理した処理時間と、Ｔａ／ＩＴＯの剥離荷重の関係を示すグラフである。剥離荷重はスクラッチテスタＳＳＴ−１０１（島津製作所製）を用いたスクラッチ試験で求めた。試験は次の条件で行った。
Ｔａ膜厚 ：２５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍ試験法 ：定速負荷試験カートリッジ先端径 ：１５μｍ負荷速度 ： １μｍ／ｓ振幅 ：５０μｍ送り速度 ：２０μｍ
【００１９】図７のグラフにおいて、横軸は窒素プラズマ処理時間、縦軸は剥離荷重である。ここで処理時間０ｍｉｎは、窒素プラズマ処理を行っていないサンプルのデータである。グラフから分かるように、窒素プラズマ処理を行うことによって剥離を生じる荷重が大きくなり、処理時間を長くするにつれて剥離荷重が増加する。すなわち、窒素プラズマ処理はＴａ／ＩＴＯの密着力改善に有効である。
【００２０】図９に示すように、金属６と透明導電体１０が２０×２０μｍ2 の面積で重なるように設けたモニタパターンを用い、次の条件でＴａ／ＩＴＯの接触抵抗の評価を行った。
Ｔａ膜厚 ：２５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続抵抗測定 ：モニタパターンに電圧１０Ｖを印加したときの抵抗値
【００２１】図８は、Ｔａ膜形成後に真空を破らずに行った窒素プラズマ処理時間とＴａ／ＩＴＯの接触抵抗の関係を示すグラフである。横軸は窒素プラズマ処理時間、縦軸は抵抗値を対数で表したものである。グラフから分かるように、約１ｍｉｎのプラズマ処理時間で、抵抗値が５桁ほど小さくなる。
【００２２】第２の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法により下記の条件で行った。この場合にも実施例１と同様な効果が得られた。
ガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ窒素ガス流量 ：１２〜２４ｓｃｃｍ温度 ：３００℃
【００２３】図１０は、図９のモニタパターンを用いて、実施例２におけるＴａ／ＩＴＯの接触抵抗を評価した結果のグラフである。評価条件は、実施例１の場合と同様である。グラフの横軸は窒素ガスの導入量、縦軸はモニタ抵抗の抵抗値を対数で表したものである。グラフから分かるように、導入窒素ガスの流量が約２０ｓｃｃｍで、抵抗値は６桁ほど小さくなる。
【００２４】なお、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法で金属のＴａ上に窒化層を形成する場合、ＭＩＭ素子の特性に影響を与えずにＴａ／ＩＴＯ接続部の接触抵抗だけを改善するためには、窒化層７の膜厚を数ｎｍ〜数１０ｎｍにする必要がある。
【００２５】第３の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒化タンタル（ＴａＮ）ターゲットを用いたスパッタリング法により下記の条件で行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
ガス種 ：アルゴンガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ温度 ：３００℃
【００２６】第４の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒素雰囲気中で金属６のＴａを下記の条件で熱処理することにより行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
ガス圧 ：５ａｔｍ温度 ：５００℃処理時間 ：１ｈｒ
【００２７】さらに、窒化層７の形成にはＮ2 をドーピングガスとしたイオン注入法を用いてもよい。典型的な条件例は下記のごとくである。
加速電圧 ：５０ｋＶドーズ量 ：１×１０16ｉｏｎ／ｃｍ2
【００２８】第５の実施例は、第１の実施例で用いた窒素プラズマ処理を、金属であるＴａのパターンニング後に行ったものであり、第１の実施例と同様な効果が得られた。第５の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１１（ａ）〜（ｅ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＴａ／ＩＴＯ接続部の工程順の断面図を図１２（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２９】第５の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１２（ｅ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の金属６のＴａは、パターンニング後に全表面に窒化タンタル（ＴａＮｘ）の窒化層７が形成され、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００３０】この構造によれば、金属６のＴａは窒化層７をはさんで透明導電体１０のＩＴＯと積層されるので、接合部に酸化膜が形成されず抵抗が十分低くなる。金属６の配線幅が数μｍ以下であって、透明導電体１０のＩＴＯからの酸素拡散が側面を通して起こることが問題となる場合、この実施例の構造は特に有効である。
【００３１】次に、上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１１（ａ）と図１２（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に金属６としてＴａをスパッタリング法により厚さ２５０ｎｍに形成する。
【００３２】次に、図１１（ｂ）と図１２（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ処理とＲＩＥ処理により、金属６のＴａをパターンニングする。
【００３３】次に、図１１（ｃ）と図１２（ｃ）に示すように、第１の実施例と同様な条件で金属６に窒素プラズマ処理を施し、金属６のＴａ表面に窒化層７を形成する。
【００３４】次に、図１２（ｄ）と図１１（ｄ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１１（ｄ）のごとく金属６の表面に絶縁体９のＴａ2 Ｏ5 を厚さ７０ｎｍに形成する。この場合、窒化層７は充分薄いので、絶縁体９の形成に影響しない。
【００３５】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１１（ｅ）と図１２（ｅ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成し、通常のフォトエッチング処理によりパターンニングして素子を完成する。
【００３６】第６の実施例として、図１１および図１２の窒化層７の形成を、窒素雰囲気中で金属６のＴａを第４の実施例の場合と同様の条件で熱処理して行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
【００３７】第１の実施例あるいは第５の実施例において、配線接続部のタンタル電極表面に窒化層を作るためにタンタル表面に窒素プラズマ処理を行うと、図５（ｃ）や図１１（ｃ）に示すように、ＭＩＭ素子部の金属電極６の表面にも窒化層７が形成される。前述のように、通常、この窒化層７は十分薄いので、次工程の陽極酸化処理による絶縁体９の形成に影響しない。しかしながら、図６（ｅ）あるいは図１２（ｅ）に見られるＴａ／ＩＴＯ接続部の特性向上を重視して窒化の度合いを強めるような場合には、ＭＩＭ素子部の金属電極６の表面における窒化層７の形成により、完成したＭＩＭ素子の方の特性が不十分なものになることがあり得る。そのような不具合を避けるには、先の図１に示した表示領域３にレジストマスクを施してから窒化処理を行う。そうすれば窒化は配線接続部のタンタル電極表面のみで行われて、ＭＩＭ素子部は影響を受けることがなく、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のための最良の窒化条件を選ぶことができる。レジストマスクは単に表示部を覆う形であればよいから、複雑なマスクは不要である。
【００３８】次に、以上の各実施例のように窒化層をＴａ膜の表面に設けるのではなく、基板上に窒化層を設ける構造を説明する。そのような構造である第７の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１３（ａ）〜（ｄ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＩＴＯ／Ｔａ接続部の工程順の断面図を図１４（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００３９】第７の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１４（ｄ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７の上に金属６のＴａが積層されてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００４０】この構造によれば、金属６のＴａは上面および側面で透明導電体１０のＩＴＯに接合し、下面で窒化層７に接合する。そして窒化層７は側面で透明導電体１０と接合する。金属６と透明導電体１０の直接の接合面１２では、接合の界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。一方、窒化層７の側面と透明導電体１０の接合面１４では酸化膜が形成されないので低抵抗になる。また、金属６と窒化層７の接合面１３も金属導電性を示す材料の積層なので低抵抗である。従って、金属６のＴａと透明導電体１０の主要な電流経路は、金属６／窒化層７／透明導電体１０となり、電気的に低抵抗の接続部が得られる。
【００４１】次に上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１３（ａ）と図１４（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７を、窒素ガスを導入するＴａの反応性スパッタリング法により厚さ５０ｎｍに形成する。この窒化層７の形成は下記の条件で行う。
導入ガス ：アルゴン＋窒素全圧 ：１．０ｍＴｏｒｒ窒素分圧 ：０．３ｍＴｏｒｒ基板加熱温度 ：３００℃投入電力 ：１．７ｋＷ
【００４２】次に、下記の条件により、窒化層７上にＴａからなる金属６を２００ｎｍの膜厚に形成する。
導入ガス ：アルゴン全圧 ：１．０ｍＴｏｒｒ基板加熱温度 ：３００℃投入電力 ：１．７ｋＷ
【００４３】次に、図１３（ｂ）と図１４（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィとＲＩＥ処理により、窒化層７と金属６のＴａを同時にパターンニングする。
【００４４】次に、図１４（ｃ）と図１３（ｃ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１３（ｃ）のごとく金属６と窒化層７の表面に絶縁体９の五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ７０ｎｍに形成する。
【００４５】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１３（ｄ）と図１４（ｄ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチングによりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００４６】先の図９のモニタパターンにより、下記の条件で接続抵抗の評価を行った。
ＴａＮｘ膜厚： ５０ｎｍＴａ膜厚 ：２００ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａＮｘ／Ｔａ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続ただし、導通は主に側壁のＴａＮｘ／ＩＴＯ部で取られる。
抵抗測定 ：モニタに１０〔Ｖ〕の電圧を印加したときの抵抗値
【００４７】この測定による抵抗値は約１００ｋΩであった。ＴａＮｘ層を設けずにＴａ膜厚を２５０ｎｍ、ＩＴＯ膜厚を２５０ｎｍとしたＴａ／ＩＴＯ構造の同一モニタパターンにおける抵抗値と比較して、５桁程度小さくなることが分かった。
【００４８】第８の実施例として、図１３および図１４の窒化層７の形成を、窒化タンタル（ＴａＮ）ターゲットを用いたスパッタリングにより、下記の条件で行った。この場合にも実施例７と同様な効果が得られた。
ガス種 ：アルゴンガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ温度 ：３００℃
【００４９】次に、第９の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１５R>５（ａ）〜（ｄ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＩＴＯ／Ｔａ接続部の工程順の断面図を図１６１６（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００５０】第９の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１６（ｄ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７の上に金属６のＴａが積層され、さらに第２の絶縁体１１が積層されてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００５１】この構造によれば、金属６のＴａは上面で第２の絶縁体１１を介して透明導電体１０のＩＴＯに接合し、側面で透明導電体１０に直接に接合し、下面で窒化層７に接合する。そして窒化層７は側面で透明導電体１０と接合する。金属６の上面と透明導電体１０の間は第２の絶縁体１１があるため高抵抗になり、また、金属６と透明導電体１０の直接の接合面１２においては、接合の界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。一方、窒化層７の側面と透明導電体１０の接合面１４では、酸化膜が形成されないので低抵抗になる。また、金属６と窒化層７の接合面１３も、金属導電性を示す材料の積層なので低抵抗である。従って、金属６のＴａと透明導電体１０の主要な電流経路は、金属６／窒化層７／透明導電体１０となり、電気的に低抵抗の接続部が得られる。
【００５２】次に上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１５（ａ）と図１６（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７を、窒素ガスを導入するＴａの反応性スパッタリング法により厚さ５０ｎｍに形成する。窒化層７の形成条件は実施例７の場合と同じである。
【００５３】次に、実施例７と同様にして、窒化層７上にＴａからなる金属６を２００ｎｍの膜厚に形成する。
【００５４】次に、クエン酸０．１％水溶液中で５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、金属６のＴａ表面に第２の絶縁体１１として五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ１０ｎｍに形成する。
【００５５】次に、図１５（ｂ）と図１６（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィとＲＩＥ処理により、窒化層７の窒化タンタルと金属６のＴａと第２の絶縁体１１を同時にパターンニングする。
【００５６】次に、図１６（ｃ）と図１５（ｃ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト９を被覆し、素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１５（ｃ）のごとく窒化層７と金属６の表面に絶縁体９のＴａ2 Ｏ5 を厚さ７０ｎｍに形成する。先の第２の絶縁体１１は絶縁体９より低い電圧で陽極酸化されたので、絶縁体９の特性に影響しない。
【００５７】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１５（ｄ）と図１６（ｄ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチングによりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００５８】先の図９のモニタパターンにより、下記の条件で接続抵抗の評価を行った。
ＴａＮｘ膜厚： ５０ｎｍＴａ膜厚 ：２００ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａＮｘ／Ｔａ／Ｔａ2 Ｏ5 ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続ただし、導通は主に側壁のＴａＮｘ／ＩＴＯ部で取られる。
抵抗測定 ：モニタに１０〔Ｖ〕の電圧を印加したときの抵抗値
【００５９】この測定による抵抗値は実施例７の場合と同様に約１００ｋΩであった。ＴａＮｘ層を設けずにＴａ膜厚を２５０ｎｍ、ＩＴＯ膜厚を２５０ｎｍとしたＴａ／ＩＴＯ構造の、同一モニタパターンにおける抵抗値と比較して、５桁程度小さくなることが分かった。
【００６０】さらに、実施例９では金属／透明導電体接続部の上部のＴａ／ＩＴＯ間に、第２の絶縁体１１のＴａ2 Ｏ5 層が形成されている。このためＴａとＩＴＯの密着力が改善される。先に［従来の技術］の項で、従来、Ｔａ／ＩＴＯの接合界面にインジウムの低級酸化物層などが形成されて、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の密着力が低下することを述べた。前記の各実施例では、Ｔａ／ＩＴＯ境界に窒化層を設けて低級酸化物層の形成を防ぐことにより、密着力を高めている。実施例９で、酸化物層である第２の絶縁体１１を設けることにより密着力が改善されるのでは、酸化物層の影響が先の記述と異なるという印象を受けるかもしれない。しかし原理はまだ十分解明されていないが、Ｔａ／ＩＴＯ接続部に副次的に発生する低級酸化物層と、実施例９のように陽極酸化により意図的に形成された酸化物層は性質が異なり、前者はＴａ／ＩＴＯ接続部の密着力を弱めるが、後者は強化することが発明者らの実験で明らかになっている。陽極酸化による酸化物層のバリア効果によって低級酸化物層の形成が防止され、密着力が増加するのである。
【００６１】実施例９におけるＩＴＯの剥離荷重を、前出のスクラッチテスタＳＳＴ−１０１を用いたスクラッチ試験で求めた。試験は次の条件で行った。
Ｔａ膜厚 ：２００ｎｍＴａ2 Ｏ5 膜厚 ： ５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍ試験法 ：定速負荷試験カートリッジ先端径：１５μｍ負荷速度 ： １μｍ／ｓ振幅 ：５０μｍ送り速度 ：２０μｍ
【００６２】この測定の結果、金属／透明導電体接続部の上部の剥離荷重は４０〔ｇｆ〕以上であり、Ｔａ膜厚２５０〔ｎｍ〕、ＩＴＯ膜厚２００〔ｎｍ〕としてＴａ／ＩＴＯを直接積層したサンプルの、同一の測定条件での剥離荷重０．５〔ｇｆ〕と比較して８０倍以上の大幅な密着力改善が見られた。
【００６３】第１０の実施例として、図１５および図１６R>６の窒化層７の形成を、窒化タンタルターゲットを用いたスパッタリング法により第３の実施例の場合と同様の条件で行った。この実施例においても実施例９と同様な効果が得られた。
【００６４】以上の各実施例で述べた製造工程は、ＭＩＭ素子でなくＴＦＴを用いたものの配線部にも応用可能であることは言うまでもない。窒化層の下地となる金属のＴａ膜は、窒素添加タンタルや、窒化タンタル、あるいはＴａと他の金属の合金であってもよい。また、配線に用いる金属として、Ｔａの他に酸素親和力の大きな金属、例えばＮｂを用いた場合にも有効である。透明導電体として、ＩＴＯ以外にＩｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、ＺｎＯなどの酸化物を用いる場合も、本発明の製造方法は有効である。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明によれば、液晶表示装置の駆動素子や配線の形成において、金属／透明導電体接続部に窒化層を介在させる構造とし、これによって製造工程を複雑にすることなく、また素子特性に大きな影響を与えることなく、金属と透明導電体の接触抵抗を低減している。さらに、金属と透明導電体の接合面に窒化層または絶縁体の存在する構造では、両者の密着力が大幅に改善され、表示品質の優れたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置のアクティブ基板の概略平面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の画素電極周辺の平面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置のＭＩＭ素子部を拡大した平面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の配線におけるＴａ／ＩＴＯ接続部を拡大した平面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第１ないし第４の実施例のＭＩＭ素子部の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第１ないし第４の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の製造方法におけるプラズマ処理時間と剥離荷重の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の液晶表示装置の製造方法におけるプラズマ処理時間と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図９】基板上の配線の抵抗値の測定に用いるモニタパターンである。
【図１０】本発明の液晶表示装置の製造方法における窒素導入量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の液晶表示装置の第５および第６の実施例のＭＩＭ素子部の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置の第５および第６の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の第７および第８の実施例のＭＩＭ素子部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の第７および第８の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の第９および第１０の実施例のＭＩＭ素子部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の第９および第１０の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の構造と製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
５ ガラス基板
６ 金属
７ 窒化層
８ レジスト
９ 絶縁体
１０ 透明導電体
１１ 第２の絶縁体
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子に金属−絶縁体−金属構造（以下ＭＩＭと記す）や薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置において、配線材料であるタンタル（以下Ｔａと記す）膜と酸化インジウムスズ膜（以下ＩＴＯと記す）などの透明導電体を積層する部分の構造と製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、高品位な画質が得られるアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のスイッチング素子として、ＴＦＴや、ダイオードや、ＭＩＭ素子などが用いられている。ＴＦＴのゲート電極や配線材料、ＭＩＭ素子の電極や配線材料には、陽極酸化法で容易に高品質の絶縁膜を形成できるＴａ膜が多く使われる。
【０００３】ところで、画素電極および配線材料として用いられている酸化インジウムスズを、Ｔａ上にスパッタリング法などで積層して熱処理を行うと、Ｔａの酸素親和力が大きいためＩＴＯからＴａに酸素が拡散する。このためＴａとＩＴＯの界面では、Ｔａ側に絶縁性の酸化タンタル層が形成されて接触抵抗が高くなる。一方、ＩＴＯ側は界面付近で酸素が欠乏するので、インジウムの析出層やインジウムの低級酸化物層が形成され、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の密着性が低下する。そこでＴａ配線とＩＴＯ配線を接続するのに、Ｔａ層とＩＴＯ層の間にバリア層として他の金属を設けることや、陽極酸化処理などの方法で酸化タンタル層を形成し、Ｔａ層とＩＴＯ層を酸化タンタル層をはさんで容量結合することなどが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の間にバリア層として他の金属を設ける方法では、バリア層のパターンニング工程が必要となって製造工程が複雑化する。また、酸化物層をはさんで容量結合で接続する方法では、例えばＭＩＭ素子の非対称性を補正するための直流バイアス（オフセット）駆動がやりにくいという不都合がある。本発明の目的は、この問題を解決して、複雑な製造工程によらずにＴａ膜とＩＴＯ膜の密着性を改善し、Ｔａ膜とＩＴＯ膜を抵抗を低くして直流結合することのできる配線接続部の構造と製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明では液晶表示装置におけるＴａ膜とＩＴＯ膜の積層部において、Ｔａ膜の表面あるいは下層に窒化層を形成して、その上にＩＴＯ膜を積層し、この窒化層を介してＴａ膜とＩＴＯ膜を導通させる構造を取る。さらに、Ｔａ膜の下層に窒化層を形成する構造においては、Ｔａ膜の上面に陽極酸化を施して絶縁体を形成し、その上にＩＴＯ膜を積層する構造を取るものもある。
【０００６】Ｔａ膜の表面に窒化層を設ける構造の製造方法は、ガラス基板上にスパッタリング法によりＴａからなる金属を形成する工程と、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程と、金属と透明導電体の接続部にはレジストを施し素子部にはレジストを施さずに陽極酸化を行い、素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程よりなる。金属表面に窒化層を形成する工程は、基板の表示領域をレジストマスクで覆って行うこともある。また、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程は、順序を入れ替えてもよい。
【０００７】Ｔａ膜の下層に窒化層を設ける構造の製造方法は、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、スパッタリング法によりＴａからなる金属を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターンニングする工程と、金属と透明導電体の接続部にはレジストを施し素子部にはレジストを施さずに陽極酸化を行い、素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程よりなる。さらに、金属上面に絶縁体を設ける場合には、金属形成後に陽極酸化を行って絶縁体を形成してから、フォトエッチングによるパターンニングを行う。
【０００８】上記の製造方法において、金属表面に窒化層を形成する方法は、窒素プラズマ処理、または窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法、窒素雰囲気中での熱処理、またはＮ2 をドーピングガスとするイオン注入法である。
【０００９】
【実施例】本発明による液晶表示装置の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の液晶表示装置のアクティブ基板１の概略図で、破線で囲った表示領域３に多数の信号線、スイッチング素子、画素電極が形成されており、信号線は配線１５によって基板上に実装された駆動用ＩＣ（１６）に接続されている。図２は図１の表示領域３内の一つの画素電極の周辺を示す。信号線２は表面の一部に絶縁層の形成された金属で、本発明の実施例においては材料にタンタル（Ｔａ）を用い、破線１１で囲ったＭＩＭ素子部を介して、画素電極である透明導電体１０に接続されている。図３はＭＩＭ素子部の拡大図である。図４は図１の配線１５におけるＴａ／ＩＴＯ接続部を示し、破線部が金属のＴａ、実線部が透明導電体のＩＴＯである。図４のような接続部が図１の配線１５群の各線の中間部にあって、接続部より表示領域３側が金属の信号線による配線、駆動用ＩＣ（１６）側が透明導電体１０による配線である。このように配線１５として別種の導体を連結するのは、金属の信号線が表面に自然酸化膜を生じて駆動用ＩＣ（１６）やフレキシブル回路基板等を接続するのに適しないため、これらの回路部品を安定な導電体であるＩＴＯに接続するのが一般だからである。図４にて接続部は必ずしも局部的でなく、配線１５に沿ってかなりの長さに亘る場合もある。なお、図２の方形部分も透明導電体１０であるが、こちらは画素電極であって、図４における配線の透明導電体１０と同一材料、同一工程で同時に形成されるものの、図４の配線とは別の部分である。また、図４にて金属配線に「６，７または６，７，１１」と符号が付してあるのは、後述の説明に対応するものである。以下の各実施例において、ＭＩＭ素子部については図３のＡ−Ａ線における工程順の断面図、Ｔａ／ＩＴＯ接続部については図４R>４のＢ−Ｂ線における工程順の断面図を参照しながら説明する。
【００１０】まず、本発明の第１の実施例について、図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図５（ａ）〜（ｅ）に示す。また、図４のＢ−Ｂ線における配線のＴａ／ＩＴＯ接続部の工程順の断面図を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００１１】第１の実施例において、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図６（ｅ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の金属６のＴａは、上面に窒化タンタル（ＴａＮｘ）の窒化層７を設けてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００１２】この構造によれば、金属６のＴａは上面で窒化層７をはさんで透明導電体１０のＩＴＯに接合し、側面でＩＴＯと直接に接合する。側面では金属６とＩＴＯの界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。しかし窒化層７を介した上面は、酸化膜が形成されないので抵抗が十分低い接合になる。
【００１３】次に、上記の構造を得るための製造方法を説明する。図５（ａ）と図６（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に金属６としてＴａをスパッタリング法により厚さ２５０ｎｍに形成する。
【００１４】次に、下記の条件で金属６に窒素プラズマ処理を施し、図５（ｂ）と図６（ｂ）のように、金属６のＴａ表面に窒化タンタルの窒化層７を形成する。窒素プラズマ処理は、金属６のＴａ膜形成後に真空を破らずに行ってもよく、一度大気中に出した後に行ってもよい。
ガス種 ：窒素ガスガス圧 ：１ｍＴｏｒｒＲｆ投入電力 ：０．０８Ｗ／ｃｍ2処理時間 ：１〜３０ｍｉｎ処理温度 ：室温（特に加熱せず）
【００１５】次に、図５（ｃ）と図６（ｃ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ処理とリアクティブイオンエッチング（以下ＲＩＥと略す）処理により、金属６のＴａと窒化層７を同時にパターンニングする。ここで、窒化層７の膜厚は数ｎｍ〜数１０ｎｍと薄いので、金属６のパターンニング工程にはなんら影響ない。
【００１６】次に、図６（ｄ）と図５（ｄ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図５（ｄ）のごとく金属６の表面に絶縁体９の五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ７０ｎｍに形成する。この場合、窒化層７は前述のように充分薄いので、絶縁体９の形成に影響しない。
【００１７】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図５（ｅ）と図６（ｅ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチング処理によりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００１８】図７は、前記の窒化条件で金属６を窒素プラズマ処理した処理時間と、Ｔａ／ＩＴＯの剥離荷重の関係を示すグラフである。剥離荷重はスクラッチテスタＳＳＴ−１０１（島津製作所製）を用いたスクラッチ試験で求めた。試験は次の条件で行った。
Ｔａ膜厚 ：２５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍ試験法 ：定速負荷試験カートリッジ先端径 ：１５μｍ負荷速度 ： １μｍ／ｓ振幅 ：５０μｍ送り速度 ：２０μｍ
【００１９】図７のグラフにおいて、横軸は窒素プラズマ処理時間、縦軸は剥離荷重である。ここで処理時間０ｍｉｎは、窒素プラズマ処理を行っていないサンプルのデータである。グラフから分かるように、窒素プラズマ処理を行うことによって剥離を生じる荷重が大きくなり、処理時間を長くするにつれて剥離荷重が増加する。すなわち、窒素プラズマ処理はＴａ／ＩＴＯの密着力改善に有効である。
【００２０】図９に示すように、金属６と透明導電体１０が２０×２０μｍ2 の面積で重なるように設けたモニタパターンを用い、次の条件でＴａ／ＩＴＯの接触抵抗の評価を行った。
Ｔａ膜厚 ：２５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続抵抗測定 ：モニタパターンに電圧１０Ｖを印加したときの抵抗値
【００２１】図８は、Ｔａ膜形成後に真空を破らずに行った窒素プラズマ処理時間とＴａ／ＩＴＯの接触抵抗の関係を示すグラフである。横軸は窒素プラズマ処理時間、縦軸は抵抗値を対数で表したものである。グラフから分かるように、約１ｍｉｎのプラズマ処理時間で、抵抗値が５桁ほど小さくなる。
【００２２】第２の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法により下記の条件で行った。この場合にも実施例１と同様な効果が得られた。
ガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ窒素ガス流量 ：１２〜２４ｓｃｃｍ温度 ：３００℃
【００２３】図１０は、図９のモニタパターンを用いて、実施例２におけるＴａ／ＩＴＯの接触抵抗を評価した結果のグラフである。評価条件は、実施例１の場合と同様である。グラフの横軸は窒素ガスの導入量、縦軸はモニタ抵抗の抵抗値を対数で表したものである。グラフから分かるように、導入窒素ガスの流量が約２０ｓｃｃｍで、抵抗値は６桁ほど小さくなる。
【００２４】なお、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法で金属のＴａ上に窒化層を形成する場合、ＭＩＭ素子の特性に影響を与えずにＴａ／ＩＴＯ接続部の接触抵抗だけを改善するためには、窒化層７の膜厚を数ｎｍ〜数１０ｎｍにする必要がある。
【００２５】第３の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒化タンタル（ＴａＮ）ターゲットを用いたスパッタリング法により下記の条件で行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
ガス種 ：アルゴンガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ温度 ：３００℃
【００２６】第４の実施例として、図５および図６の窒化層７の形成を、窒素雰囲気中で金属６のＴａを下記の条件で熱処理することにより行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
ガス圧 ：５ａｔｍ温度 ：５００℃処理時間 ：１ｈｒ
【００２７】さらに、窒化層７の形成にはＮ2 をドーピングガスとしたイオン注入法を用いてもよい。典型的な条件例は下記のごとくである。
加速電圧 ：５０ｋＶドーズ量 ：１×１０16ｉｏｎ／ｃｍ2
【００２８】第５の実施例は、第１の実施例で用いた窒素プラズマ処理を、金属であるＴａのパターンニング後に行ったものであり、第１の実施例と同様な効果が得られた。第５の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１１（ａ）〜（ｅ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＴａ／ＩＴＯ接続部の工程順の断面図を図１２（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２９】第５の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１２（ｅ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の金属６のＴａは、パターンニング後に全表面に窒化タンタル（ＴａＮｘ）の窒化層７が形成され、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００３０】この構造によれば、金属６のＴａは窒化層７をはさんで透明導電体１０のＩＴＯと積層されるので、接合部に酸化膜が形成されず抵抗が十分低くなる。金属６の配線幅が数μｍ以下であって、透明導電体１０のＩＴＯからの酸素拡散が側面を通して起こることが問題となる場合、この実施例の構造は特に有効である。
【００３１】次に、上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１１（ａ）と図１２（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に金属６としてＴａをスパッタリング法により厚さ２５０ｎｍに形成する。
【００３２】次に、図１１（ｂ）と図１２（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ処理とＲＩＥ処理により、金属６のＴａをパターンニングする。
【００３３】次に、図１１（ｃ）と図１２（ｃ）に示すように、第１の実施例と同様な条件で金属６に窒素プラズマ処理を施し、金属６のＴａ表面に窒化層７を形成する。
【００３４】次に、図１２（ｄ）と図１１（ｄ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１１（ｄ）のごとく金属６の表面に絶縁体９のＴａ2 Ｏ5 を厚さ７０ｎｍに形成する。この場合、窒化層７は充分薄いので、絶縁体９の形成に影響しない。
【００３５】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１１（ｅ）と図１２（ｅ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成し、通常のフォトエッチング処理によりパターンニングして素子を完成する。
【００３６】第６の実施例として、図１１および図１２の窒化層７の形成を、窒素雰囲気中で金属６のＴａを第４の実施例の場合と同様の条件で熱処理して行った。この場合にも先の各実施例と同様な効果が得られた。
【００３７】第１の実施例あるいは第５の実施例において、配線接続部のタンタル電極表面に窒化層を作るためにタンタル表面に窒素プラズマ処理を行うと、図５（ｃ）や図１１（ｃ）に示すように、ＭＩＭ素子部の金属電極６の表面にも窒化層７が形成される。前述のように、通常、この窒化層７は十分薄いので、次工程の陽極酸化処理による絶縁体９の形成に影響しない。しかしながら、図６（ｅ）あるいは図１２（ｅ）に見られるＴａ／ＩＴＯ接続部の特性向上を重視して窒化の度合いを強めるような場合には、ＭＩＭ素子部の金属電極６の表面における窒化層７の形成により、完成したＭＩＭ素子の方の特性が不十分なものになることがあり得る。そのような不具合を避けるには、先の図１に示した表示領域３にレジストマスクを施してから窒化処理を行う。そうすれば窒化は配線接続部のタンタル電極表面のみで行われて、ＭＩＭ素子部は影響を受けることがなく、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のための最良の窒化条件を選ぶことができる。レジストマスクは単に表示部を覆う形であればよいから、複雑なマスクは不要である。
【００３８】次に、以上の各実施例のように窒化層をＴａ膜の表面に設けるのではなく、基板上に窒化層を設ける構造を説明する。そのような構造である第７の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１３（ａ）〜（ｄ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＩＴＯ／Ｔａ接続部の工程順の断面図を図１４（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００３９】第７の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１４（ｄ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７の上に金属６のＴａが積層されてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００４０】この構造によれば、金属６のＴａは上面および側面で透明導電体１０のＩＴＯに接合し、下面で窒化層７に接合する。そして窒化層７は側面で透明導電体１０と接合する。金属６と透明導電体１０の直接の接合面１２では、接合の界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。一方、窒化層７の側面と透明導電体１０の接合面１４では酸化膜が形成されないので低抵抗になる。また、金属６と窒化層７の接合面１３も金属導電性を示す材料の積層なので低抵抗である。従って、金属６のＴａと透明導電体１０の主要な電流経路は、金属６／窒化層７／透明導電体１０となり、電気的に低抵抗の接続部が得られる。
【００４１】次に上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１３（ａ）と図１４（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７を、窒素ガスを導入するＴａの反応性スパッタリング法により厚さ５０ｎｍに形成する。この窒化層７の形成は下記の条件で行う。
導入ガス ：アルゴン＋窒素全圧 ：１．０ｍＴｏｒｒ窒素分圧 ：０．３ｍＴｏｒｒ基板加熱温度 ：３００℃投入電力 ：１．７ｋＷ
【００４２】次に、下記の条件により、窒化層７上にＴａからなる金属６を２００ｎｍの膜厚に形成する。
導入ガス ：アルゴン全圧 ：１．０ｍＴｏｒｒ基板加熱温度 ：３００℃投入電力 ：１．７ｋＷ
【００４３】次に、図１３（ｂ）と図１４（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィとＲＩＥ処理により、窒化層７と金属６のＴａを同時にパターンニングする。
【００４４】次に、図１４（ｃ）と図１３（ｃ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト８を被覆し、ＭＩＭ素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１３（ｃ）のごとく金属６と窒化層７の表面に絶縁体９の五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ７０ｎｍに形成する。
【００４５】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１３（ｄ）と図１４（ｄ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチングによりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００４６】先の図９のモニタパターンにより、下記の条件で接続抵抗の評価を行った。
ＴａＮｘ膜厚： ５０ｎｍＴａ膜厚 ：２００ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａＮｘ／Ｔａ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続ただし、導通は主に側壁のＴａＮｘ／ＩＴＯ部で取られる。
抵抗測定 ：モニタに１０〔Ｖ〕の電圧を印加したときの抵抗値
【００４７】この測定による抵抗値は約１００ｋΩであった。ＴａＮｘ層を設けずにＴａ膜厚を２５０ｎｍ、ＩＴＯ膜厚を２５０ｎｍとしたＴａ／ＩＴＯ構造の同一モニタパターンにおける抵抗値と比較して、５桁程度小さくなることが分かった。
【００４８】第８の実施例として、図１３および図１４の窒化層７の形成を、窒化タンタル（ＴａＮ）ターゲットを用いたスパッタリングにより、下記の条件で行った。この場合にも実施例７と同様な効果が得られた。
ガス種 ：アルゴンガス圧 ：１ｍＴｏｒｒ温度 ：３００℃
【００４９】次に、第９の実施例について、先の図３のＡ−Ａ線におけるＭＩＭ素子部の工程順の断面図を図１５R>５（ａ）〜（ｄ）に示す。また、先の図４のＢ−Ｂ線における配線のＩＴＯ／Ｔａ接続部の工程順の断面図を図１６１６（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００５０】第９の実施例においては、Ｔａ／ＩＴＯ接続部は図１６（ｄ）に示す構造を取る。ガラス基板５の上の窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７の上に金属６のＴａが積層され、さらに第２の絶縁体１１が積層されてパターンニングされ、その上を透明導電体１０のＩＴＯが被覆している。
【００５１】この構造によれば、金属６のＴａは上面で第２の絶縁体１１を介して透明導電体１０のＩＴＯに接合し、側面で透明導電体１０に直接に接合し、下面で窒化層７に接合する。そして窒化層７は側面で透明導電体１０と接合する。金属６の上面と透明導電体１０の間は第２の絶縁体１１があるため高抵抗になり、また、金属６と透明導電体１０の直接の接合面１２においては、接合の界面に酸化膜が形成されて高抵抗になる。一方、窒化層７の側面と透明導電体１０の接合面１４では、酸化膜が形成されないので低抵抗になる。また、金属６と窒化層７の接合面１３も、金属導電性を示す材料の積層なので低抵抗である。従って、金属６のＴａと透明導電体１０の主要な電流経路は、金属６／窒化層７／透明導電体１０となり、電気的に低抵抗の接続部が得られる。
【００５２】次に上記の構造を得るための製造方法を説明する。図１５（ａ）と図１６（ａ）に示すように、ガラス基板５の上に窒化タンタル（ＴａＮｘ）からなる窒化層７を、窒素ガスを導入するＴａの反応性スパッタリング法により厚さ５０ｎｍに形成する。窒化層７の形成条件は実施例７の場合と同じである。
【００５３】次に、実施例７と同様にして、窒化層７上にＴａからなる金属６を２００ｎｍの膜厚に形成する。
【００５４】次に、クエン酸０．１％水溶液中で５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、金属６のＴａ表面に第２の絶縁体１１として五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）を厚さ１０ｎｍに形成する。
【００５５】次に、図１５（ｂ）と図１６（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィとＲＩＥ処理により、窒化層７の窒化タンタルと金属６のＴａと第２の絶縁体１１を同時にパターンニングする。
【００５６】次に、図１６（ｃ）と図１５（ｃ）に示すように、Ｔａ／ＩＴＯ接続部にはレジスト９を被覆し、素子部にはレジストを施さずに、クエン酸０．１％水溶液中で３５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行い、図１５（ｃ）のごとく窒化層７と金属６の表面に絶縁体９のＴａ2 Ｏ5 を厚さ７０ｎｍに形成する。先の第２の絶縁体１１は絶縁体９より低い電圧で陽極酸化されたので、絶縁体９の特性に影響しない。
【００５７】次に、Ｔａ／ＩＴＯ接続部のレジスト８を剥離した後、図１５（ｄ）と図１６（ｄ）に示すように、透明導電体１０としてＩＴＯをスパッタリング法で厚さ２００ｎｍに形成して熱処理を行い、通常のフォトエッチングによりＩＴＯをパターンニングして素子を完成する。
【００５８】先の図９のモニタパターンにより、下記の条件で接続抵抗の評価を行った。
ＴａＮｘ膜厚： ５０ｎｍＴａ膜厚 ：２００ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍモニタ形状 ：２０×２０μｍ2 のＴａＮｘ／Ｔａ／Ｔａ2 Ｏ5 ／ＩＴＯ積層パターンの４６個直列接続ただし、導通は主に側壁のＴａＮｘ／ＩＴＯ部で取られる。
抵抗測定 ：モニタに１０〔Ｖ〕の電圧を印加したときの抵抗値
【００５９】この測定による抵抗値は実施例７の場合と同様に約１００ｋΩであった。ＴａＮｘ層を設けずにＴａ膜厚を２５０ｎｍ、ＩＴＯ膜厚を２５０ｎｍとしたＴａ／ＩＴＯ構造の、同一モニタパターンにおける抵抗値と比較して、５桁程度小さくなることが分かった。
【００６０】さらに、実施例９では金属／透明導電体接続部の上部のＴａ／ＩＴＯ間に、第２の絶縁体１１のＴａ2 Ｏ5 層が形成されている。このためＴａとＩＴＯの密着力が改善される。先に［従来の技術］の項で、従来、Ｔａ／ＩＴＯの接合界面にインジウムの低級酸化物層などが形成されて、Ｔａ膜とＩＴＯ膜の密着力が低下することを述べた。前記の各実施例では、Ｔａ／ＩＴＯ境界に窒化層を設けて低級酸化物層の形成を防ぐことにより、密着力を高めている。実施例９で、酸化物層である第２の絶縁体１１を設けることにより密着力が改善されるのでは、酸化物層の影響が先の記述と異なるという印象を受けるかもしれない。しかし原理はまだ十分解明されていないが、Ｔａ／ＩＴＯ接続部に副次的に発生する低級酸化物層と、実施例９のように陽極酸化により意図的に形成された酸化物層は性質が異なり、前者はＴａ／ＩＴＯ接続部の密着力を弱めるが、後者は強化することが発明者らの実験で明らかになっている。陽極酸化による酸化物層のバリア効果によって低級酸化物層の形成が防止され、密着力が増加するのである。
【００６１】実施例９におけるＩＴＯの剥離荷重を、前出のスクラッチテスタＳＳＴ−１０１を用いたスクラッチ試験で求めた。試験は次の条件で行った。
Ｔａ膜厚 ：２００ｎｍＴａ2 Ｏ5 膜厚 ： ５０ｎｍＩＴＯ膜厚 ：２００ｎｍ試験法 ：定速負荷試験カートリッジ先端径：１５μｍ負荷速度 ： １μｍ／ｓ振幅 ：５０μｍ送り速度 ：２０μｍ
【００６２】この測定の結果、金属／透明導電体接続部の上部の剥離荷重は４０〔ｇｆ〕以上であり、Ｔａ膜厚２５０〔ｎｍ〕、ＩＴＯ膜厚２００〔ｎｍ〕としてＴａ／ＩＴＯを直接積層したサンプルの、同一の測定条件での剥離荷重０．５〔ｇｆ〕と比較して８０倍以上の大幅な密着力改善が見られた。
【００６３】第１０の実施例として、図１５および図１６R>６の窒化層７の形成を、窒化タンタルターゲットを用いたスパッタリング法により第３の実施例の場合と同様の条件で行った。この実施例においても実施例９と同様な効果が得られた。
【００６４】以上の各実施例で述べた製造工程は、ＭＩＭ素子でなくＴＦＴを用いたものの配線部にも応用可能であることは言うまでもない。窒化層の下地となる金属のＴａ膜は、窒素添加タンタルや、窒化タンタル、あるいはＴａと他の金属の合金であってもよい。また、配線に用いる金属として、Ｔａの他に酸素親和力の大きな金属、例えばＮｂを用いた場合にも有効である。透明導電体として、ＩＴＯ以外にＩｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、ＺｎＯなどの酸化物を用いる場合も、本発明の製造方法は有効である。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明によれば、液晶表示装置の駆動素子や配線の形成において、金属／透明導電体接続部に窒化層を介在させる構造とし、これによって製造工程を複雑にすることなく、また素子特性に大きな影響を与えることなく、金属と透明導電体の接触抵抗を低減している。さらに、金属と透明導電体の接合面に窒化層または絶縁体の存在する構造では、両者の密着力が大幅に改善され、表示品質の優れたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置のアクティブ基板の概略平面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の画素電極周辺の平面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置のＭＩＭ素子部を拡大した平面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の配線におけるＴａ／ＩＴＯ接続部を拡大した平面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第１ないし第４の実施例のＭＩＭ素子部の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第１ないし第４の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の製造方法におけるプラズマ処理時間と剥離荷重の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の液晶表示装置の製造方法におけるプラズマ処理時間と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図９】基板上の配線の抵抗値の測定に用いるモニタパターンである。
【図１０】本発明の液晶表示装置の製造方法における窒素導入量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の液晶表示装置の第５および第６の実施例のＭＩＭ素子部の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置の第５および第６の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の第７および第８の実施例のＭＩＭ素子部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の第７および第８の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の第９および第１０の実施例のＭＩＭ素子部の構造と製造工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の第９および第１０の実施例のＴａ／ＩＴＯ接続部の構造と製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
５ ガラス基板
６ 金属
７ 窒化層
８ レジスト
９ 絶縁体
１０ 透明導電体
１１ 第２の絶縁体
【特許請求の範囲】
【請求項１】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上のタンタルからなる金属と、金属表面に形成した窒化層と、金属と窒化層を被覆する透明導電体により構成し、窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】 請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上にタンタルからなる金属を形成する工程と、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】 請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法における金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程の順序を入れ替えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法において、金属表面に窒化層を形成する工程は、窒素プラズマ処理、または窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法、窒素雰囲気中での熱処理、またはＮ2 をドーピングガスとするイオン注入法であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】 請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法のうち、金属表面への窒化層形成工程が窒素プラズマ処理である製造方法の窒化層形成工程は、基板の表示領域をレジストマスクで覆って行うものであることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上の窒化タンタルからなる窒化層と、窒化層上のタンタルからなる金属と、窒化層と金属を被覆する透明導電体により構成し、下層の窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】 請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、タンタルからなる金属を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上の窒化タンタルからなる窒化層と、窒化層上のタンタルからなる金属と、金属上の酸化タンタルからなる絶縁体と、窒化層と金属と絶縁体を被覆する透明導電体により構成し、下層の窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】 請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、タンタルからなる金属を形成する工程と、陽極酸化を行い絶縁体を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属および絶縁体ををパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】 請求項７または請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板上に窒化層を形成する工程は、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上のタンタルからなる金属と、金属表面に形成した窒化層と、金属と窒化層を被覆する透明導電体により構成し、窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】 請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上にタンタルからなる金属を形成する工程と、金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】 請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法における金属表面に窒化層を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程の順序を入れ替えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法において、金属表面に窒化層を形成する工程は、窒素プラズマ処理、または窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法、窒素雰囲気中での熱処理、またはＮ2 をドーピングガスとするイオン注入法であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】 請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法のうち、金属表面への窒化層形成工程が窒素プラズマ処理である製造方法の窒化層形成工程は、基板の表示領域をレジストマスクで覆って行うものであることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上の窒化タンタルからなる窒化層と、窒化層上のタンタルからなる金属と、窒化層と金属を被覆する透明導電体により構成し、下層の窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】 請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、タンタルからなる金属を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属をパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】 配線を構成する金属と透明導電体の接続部を、ガラス基板上の窒化タンタルからなる窒化層と、窒化層上のタンタルからなる金属と、金属上の酸化タンタルからなる絶縁体と、窒化層と金属と絶縁体を被覆する透明導電体により構成し、下層の窒化層を介して金属と透明導電体の電気的接続を得ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】 請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法であって、ガラス基板上に窒化層を形成する工程と、タンタルからなる金属を形成する工程と、陽極酸化を行い絶縁体を形成する工程と、フォトエッチング処理により窒化層と金属および絶縁体ををパターニングする工程と、配線部にレジストを施して陽極酸化を行い素子部に絶縁体を形成する工程と、透明導電体を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】 請求項７または請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板上に窒化層を形成する工程は、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法、または窒化タンタルをターゲットとするスパッタリング法であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【特許番号】特許第３３６３９７３号（Ｐ３３６３９７３）
【登録日】平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５）
【発行日】平成１５年１月８日（２００３．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３０６３２２
【出願日】平成５年１２月７日（１９９３．１２．７）
【公開番号】特開平６−２６５９４１
【公開日】平成６年９月２２日（１９９４．９．２２）
【審査請求日】平成１２年３月１６日（２０００．３．１６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【参考文献】
【文献】特開 平１−２８１４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−１０２４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−２５１８２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１９５６８７（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５）
【発行日】平成１５年１月８日（２００３．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成５年１２月７日（１９９３．１２．７）
【公開番号】特開平６−２６５９４１
【公開日】平成６年９月２２日（１９９４．９．２２）
【審査請求日】平成１２年３月１６日（２０００．３．１６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【参考文献】
【文献】特開 平１−２８１４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−１０２４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−２５１８２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１９５６８７（ＪＰ，Ａ）
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