专利名称:显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种显示装置，特别是涉及一种防止在把铝系导电层用做与多晶硅层接触的布线电极时的加热工序中因铝元素向多晶硅层的扩散所导致的薄膜晶体管的特性劣化、提高可靠性的显示装置及其制造方法。
背景技术：
在使用薄膜晶体管等的有源元件(以下，作为有源元件用薄膜晶体管进行说明)的有源矩阵方式的平板型的显示装置中，具有像素区和在该像素区的外围形成的驱动电路等的外围电路。已知这样一种技术在源极·漏极电极使用铝系导电层的薄膜晶体管中，作为形成与其多晶硅层接触的电极的导电层，使氮化钼膜叠层到铝电极层的上面或下面，并控制图形化时的湿法蚀刻剖面的形状(专利文献1)。此外，还已知这样一种技术把氮化钼膜或氮化钛膜叠层到铝电极层的上、下两面，同样地控制图形化时的湿法蚀刻剖面的形状(专利文献2)。但是，在专利文献1、2中，都未考虑到因铝元素向多晶硅层的扩散所导致的薄膜晶体管的特性劣化。
日本特开平9-148586号公报[专利文献2]日本特开2000-208773号公报在由把低温多晶硅用做活性层的薄膜晶体管构成的有源矩阵型的显示装置中，在把铝或铝合金(以下，称为铝系电极)用作与该低温多晶硅层连接的源极·漏极电极的情况下，在之后的制造工序的加热工序中因铝元素向上述多晶硅层扩散而发生薄膜晶体管的特性劣化，成为显示不良的原因。
发明内容
本发明的优点在于可以提供一种可靠性较高的显示装置，能够防止在把铝系导电层用做与低温多晶硅(以下，单称为多晶硅)接触的源极·漏极电极时的加热工序中铝元素向多晶硅层的扩散，并能够避免显示不良的发生。
作为本发明的一个例子，把铝系导电层用做源极·漏极电极，在铝系导电层和多晶硅层之间设置钼或钼合金层的阻挡层。并且，在构成该阻挡层的钼或钼合金层的表面(与铝系导电层接触的面)上，设置通过在氮气氛下的高速热处理(高速热退火)所形成的氮氧化钼膜。此外，在铝系导电层的相反一侧的面上，设置钼或钼合金层的顶盖层。这时，优选的是，使得作为导电层的铝系导电材料和作为顶盖层的钼或钼合金材料，按照该顺序用连续溅射进行叠层。另外，阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和，优选的是，形成得比顶盖层的膜厚更薄，更为优选的是，小于或等于顶盖层的膜厚的60％。
设置在上述阻挡层和铝系导电层的界面上的氮氧化钼膜，可以抑制来自铝系导电层的铝元素向多晶硅层的扩散，防止薄膜晶体管的特性劣化。因此，根据本发明，可以得到避免显示不良、可靠性高的显示装置。另外，本发明的源极·漏极电极的上述构成，并不限于在像素区内的薄膜晶体管，还适用于驱动电路等的外围电路部分的薄膜晶体管。
图1是说明本发明的液晶显示装置的一实施例的构成透射式液晶显示装置的一个像素的薄膜晶体管部分的示意剖面图。
图2是图1的箭头A部分的放大剖面图。
图3是图2的箭头B部分的放大剖面图。
图4是用SIMS测定对阻挡层实施了在氮气氛下的高速热处理时的样品的结果的说明图。
图5是用SIMS测定对阻挡层未实施在氮气氛下的高速热处理时的样品的结果的说明图。
图6A到图6C是对铝系导电层、阻挡层、氮氧化钼膜以及顶盖层这4层进行汇总湿法蚀刻后的阻挡层与氮氧化钼膜的膜厚的总和以及顶盖层的膜厚的蚀刻截面形状的说明图。
图7是说明本发明的液晶显示装置的另一实施例的构成透射式液晶显示装置的一个像素的薄膜晶体管部分的示意剖面图。
图8是说明本发明的显示装置的制造方法的步骤图。
图9是图8的源极·漏极电极形成工艺的详细步骤的说明图。
图10A到图10N是进一步示意地说明本发明的显示装置的制造方法的主要部分剖面图。
具体实施方式
以下，参照把本发明适用于液晶显示装置的实施例的附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。图1是说明本发明的液晶显示装置的一实施例的构成透射式液晶显示装置的一个像素的薄膜晶体管部分的示意剖面图。此外，图2是图1的箭头A部分的放大剖面图，图3是图2的箭头B部分的放大剖面图。在图1到图3中，参照标号1是以玻璃为宜的透明的绝缘基片，2是底层。虽然未有图示，底层2由氮化硅(SiN)的第1层和氧化硅层(SiO)的第2层构成。在该底层2上具有图形化了的多晶硅层3，中间间隔着作为第1绝缘层的栅极绝缘层(TEOS)4而形成栅极电极5。在栅极电极5上，具有由SiO构成的第2绝缘层6。
在第2绝缘层6和第1绝缘层4上加工有接触孔，形成有溅射到第2绝缘层6上的一对源极·漏极电极7。根据薄膜晶体管的动作状态，源极·漏极电极7的一方成为源极电极，而另一方则成为漏极电极，因此，在这里表达为源极·漏极电极7。在源极·漏极电极7的上层具有由SiN构成的第3绝缘层8，在其之上还形成有机绝缘层10。并且，还具有贯通有机绝缘层10和第3绝缘层8的接触孔。在有机绝缘层10上形成的成为像素电极的透明电极(ITO)9，连接到源极·漏极电极7中的一方。
如图2所示，源极·漏极电极7，成为从与多晶硅层3接触的一侧，叠层由钼或钼合金构成的阻挡层15、铝系导电层16以及由钼或钼合金构成的顶盖层17的构造。并且，进一步如图3所示，在阻挡层15和铝系导电层16的界面上，具有通过在氮气氛下的高速热处理(RTARapid Thermal Anneal快速热退火)所形成的氮氧化钼膜18。高速热处理，是指在使阻挡层15成膜后，使用UV灯泡并使基片和UV灯泡进行相对移动，借此，对每一处照射1到60秒。为了提高生产能力(throughput)，优选的是，对每一处照射1到30秒。
在其上面连续溅射铝系导电层16、由钼或钼合金构成的顶盖层17，从而形成由阻挡层15、氮氧化钼膜18、铝系导电层16、顶盖层17的多层叠层膜构成的的源极·漏极电极7。
另外，这样的多层构造的源极·漏极电极7的图形化，是用光刻工艺和汇总湿法蚀刻技术对上述3层来进行的。阻挡层15和氮氧化钼膜18的膜厚的总和优选的是，要比顶盖层17的膜厚更薄。并且，使其小于或等于顶盖层17的膜厚的60％，由此还可以使蚀刻截面形状成为单纯的锥状。借此，可以提高淀积在其上的第3绝缘层8的覆盖度(coverage)，使可靠性提高。另外，之后，进行氢末端退火处理(氢末端化处理)。在该终端处理工序中，即便是铝系导电层16的铝元素要向多晶硅层3扩散，也可以由氮氧化钼膜18所阻止。另外，构成源极·漏极电极7的各层的膜厚的数值例如下。就是说，阻挡层15和氮氧化钼膜18的膜厚的总和为38nm，铝系导电层16的膜厚为500nm，顶盖层17的膜厚为75nm。并且，氮氧化钼膜18的膜厚为10到20nm。
借助于此前所述的氮氧化钼膜18，即便是在与铝系导电层16相比形成在下层的阻挡层15与氮氧化钼膜18的膜厚的总和较薄的情况下，也可以充分地防止铝元素的扩散。
另外，作为成为铝元素的扩散的原因的热处理工序，影响最大的原因是先前所说明的氢末端化处理，但是，作为第2个影响较大的原因，则可以举出在形成绝缘膜时等所采用的CVD工序。
图4是用SIMS测定对阻挡层实施了在氮气氛下的高速热处理时的样品的结果的说明图。参照标号15、16、18表示图3所示的阻挡层、铝系导电层和氮氧化钼膜的各个区域。图5是用SIMS测定对阻挡层未实施在氮气氛下的高速热处理时的样品的结果的说明图，参照标号15、16表示图3所示的阻挡层、铝系导电层的各个区域。此外，在图4和图5中，横轴表示深度(微米)，纵轴表示用SIMS测量的2次离子强度(cts/sec)。
在图4中，在阻挡层15和铝系导电层16的界面上出现了氮和氧的强的峰值。借此，就可以确认氮氧化钼膜18的存在。与此相反，在图5所示的未实施在氮气氛下的高速热处理的情况下，可以得知，虽然在钼或钼合金阻挡层15与铝系导电层16的界面上会出现氧的弱的峰值，但是几乎不存在氮。
此外，当对图4和图5所示的样品分别进行终端热退火处理时，在图5的样品的情况下，可以发现铝元素向多晶硅层的扩散，而在图4的样品的情况下，则未发现铝元素向多晶硅层的扩散。
此外，虽然未有图示，但根据其他的实验，可以确认在仅使用氮化钼膜的情况下，与氮氧化钼膜相比，铝元素的扩散防止效果是不充分的。具体地说，在氮气氛下对阻挡层15进行高速热处理后，用水进行清洗，借此，从氮氧化钼膜18使钼的氧化物溶于水中，成为氮化钼膜。然后，溅射铝系导电层16，进行终端退火处理后，就发现铝元素向多晶硅层的扩散。
通过以上实验，可以确认即使阻挡层15与氮氧化钼膜18的膜厚的总和减小，借助于氮氧化钼膜18的铝元素扩散防止的效果，也具有充分的阻挡性。
图6A到图6C是对铝系导电层、阻挡层、氮氧化钼膜以及顶盖层这4层进行汇总湿法蚀刻后的阻挡层与氮氧化钼膜的膜厚的总和以及顶盖层的膜厚的蚀刻截面形状的说明图。图6A是阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和等于顶盖层的膜厚的情况。图6B是阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和大于顶盖层的膜厚的情况。图6C是阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和小于顶盖层的膜厚的情况。
如图6A所示，在阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和等于顶盖层的膜厚的情况下，由于阻挡层15和氮氧化钼膜18和顶盖层17的蚀刻速率比铝系导电层16更高，所以，铝系导电层16不会成为锥状。此外，如图6B所示，在阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和大于顶盖层的膜厚的情况下，阻挡层15和氮氧化钼膜18相对于铝系导电层16大幅度地缩入，同样，铝系导电层16成为偏向与阻挡层15和氮氧化钼膜18的膜厚的总和相比其膜厚较薄的顶盖层17一侧的截面形状，而不会成为锥状。
与此不同，如图6C所示，在阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和小于顶盖层的膜厚的情况下，阻挡层15和氮氧化钼膜18的蚀刻速率与铝系导电层16大致相同，成为单纯的锥状。因此，采用使阻挡层和氮氧化钼膜的膜厚的总和形成得比顶盖层的膜厚更薄的办法，就会提高淀积到其上的第3绝缘层8的覆盖度(coverage)，使可靠性提高。如上所述，通过使由钼或钼合金构成的阻挡层15和氮氧化钼膜18形成为薄膜，可以使其蚀刻速率和铝系导电层16大致相同。
图7是说明本发明的液晶显示装置的另一实施例的构成透射式液晶显示装置的一个像素的薄膜晶体管部分的示意剖面图。与图1相同地，该半透射式液晶显示装置，其在绝缘基片1上，在薄膜晶体管的源极·漏极电极7的一方上具有透明电极9的这种构造，与图1是相同的。在图中用箭头A表示的部分的构成与图2、图3的构成是相同的。在本实施例中，在形成透明电极9后使有机绝缘层10成膜，形成一部分连接到透明电极9并且中间间隔着有机绝缘层10而形成的反射电极11。透明电极9的与反射电极11不重叠的部分成为透射式像素电极，并成为用反射电极11进行反射的反射型液晶显示装置。并且，由反射电极11和透明电极9构成半透射式液晶显示装置。此外，也可以以透明电极9为反射电极，在该反射电极的一部分上设置开口，或者，形成反射电极来取代透明电极9，在该反射电极的一部分上设置开口，成为半透射式液晶显示装置。
图8是说明本发明的显示装置的制造方法的步骤图，图9是图8的源极·漏极电极形成工艺的详细步骤的说明图。在图8中，首先，接受绝缘基片，对之进行清洗(P-1)。在清洗后的绝缘基片上，使底膜(P-SiN、P-SiO)成膜，并使非晶型硅(a-Si)成膜(P-2)。对之进行脱H2退火处理(P-3)，进行受激准分子激光器(excimerlaser)退火(ELA结晶化)，使之成为多晶硅膜(P-4)。对多晶硅膜实施光刻工序·蚀刻工序·抗蚀剂除去工序，并使多晶硅层图形化(多晶硅加工)(P-5)。
在图形化了的多晶硅层上形成栅极绝缘层(第1绝缘层)(P-6)，对多晶硅层进行离子注入(E-implantation)(P-7)。在多晶硅层的预定位置上溅射栅极电极(P-8)，实施光刻工序·蚀刻工序，来加工栅极电极(P-9)。然后，用抗蚀剂涂敷和光图形化来形成掩模并进行离子注入(N-implantation)(P-10)，除去抗蚀剂(P-11)，进行离子注入(NM-implantation)(P-12)，形成由P-SiO构成的第2绝缘层(P-13)，进行活化退火(P-14)，用光刻工序·蚀刻工序·抗蚀剂除去工序进行源极·漏极(S/D)电极间接触孔的加工(P-16)。
在接触孔加工后，进入源极·漏极电极形成步骤(P-16)。该源极·漏极电极形成步骤(P-16)，如图9所示，首先，进行阻挡层(钼或钼合金，在图9中为钼合金(Mo合金)的溅射步骤(P-161)，高速热退火(RTA)处理步骤(P-162)，铝系导电层溅射步骤(在图中为Al合金溅射)(P-163)，顶盖层(在图中为Mo合金)溅射步骤(P-164)。另外，铝系导电层溅射步骤(P-163)和顶盖层溅射步骤(P-164)，按照该顺序进行连续溅射。
在源极·漏极电极形成步骤后，用光刻工序·蚀刻工序·抗蚀剂除去工序对源极·漏极电极进行加工(P-17)，在其上形成由P-SiN构成的第3绝缘层(P-18)。对其进行H2退火(氢末端化处理)(P-19)，在其上层形成有机绝缘层(在图中为有机钝化膜)(P-20)，用光刻工序·蚀刻工序来加工源极·漏极电极用的接触孔(P-21)。
用溅射法使经由接触孔连接到源极·漏极电极的透明电极成膜(P-22)，经由光刻工序·蚀刻工序·抗蚀剂除去工序来加工透明电极(P-23)，完成有源矩阵基片。另外，在液晶显示装置的情况下，把该有源矩阵基片和相对基片粘合起来，在该粘合间隙内封入液晶。
图10A到图10N是进一步示意地说明图8～图9所述的本发明的显示装置的制造方法的主要部分剖面图。首先，在以玻璃为宜的绝缘基片1上使底层(第1层为SiN，第2层为SiO)成膜，在其上使非晶型硅(a-Si)层12成膜(图10A)。用ELA(受激准分子激光器退火)使非晶型硅结晶化(多晶硅化)(图10B)。用光刻工序·蚀刻工序使该多晶硅层3图形化为预定的岛状的多晶硅层3(图10C)。在图形化了的多晶硅层3上形成作为第1绝缘层4的栅极绝缘层(TEOS)(图10D)。在其上使成为栅极电极的电极层成膜(图10E)，用光刻工序·蚀刻工序形成栅极电极5(图10F)。
接着，覆盖栅极电极5而形成由SiO构成的第2绝缘层6(图10G)。加工贯通该第2绝缘层6和栅极绝缘层4的接触孔13(图10H)。然后，在第2绝缘层6上，使源极·漏极电极层成膜(图10I)。该源极·漏极电极的成膜包括上述图9所述的步骤。对源极·漏极电极层实施光刻工序·蚀刻工序，使源极·漏极电极7图形化(图10J)。覆盖源极·漏极电极7而形成第3绝缘层8(图10K)。
接着，在第3绝缘层8的上层，形成有机绝缘层10(图10L)，在与一方的源极·漏极电极7相对的位置上加工接触孔14(图10M)。在有机绝缘层10上，使透明电极9成膜，通过接触孔14连接到一方的源极·漏极电极7上(图10N)。经这样地处理后，就可以得到有源矩阵基片。
另外，在这里，作为代表性的显示装置，说明了全透射式显示装置的制造方法。但是，图7所示的半透射式显示装置，在源极·漏极电极形成步骤之前和图10A到图10N也是相同的，到形成反射电极的步骤有若干不同。
在以上的各实施例中，以液晶显示装置的有源矩阵基片为例进行了说明。但是，本发明并不限于上述。当然可以适用于例如有机EL显示装置等的具有有源矩阵基片的所有显示装置。
如上所述，根据本发明，可以提供一种可靠性高的显示装置，能够防止特别是在把铝系导电层用做与低温多晶硅接触的源极·漏极电极时的加热工序中铝元素向多晶硅层的扩散，并能够避免显示不良的发生。
权利要求
1.一种具有薄膜晶体管基片的显示装置，该薄膜晶体管基片至少包括在表面上具有底层的绝缘基片；在上述底层上形成的多晶硅层；中间间隔着覆盖上述多晶硅层的第1绝缘层而形成的栅极电极；覆盖上述栅极电极的第2绝缘层；形成在上述第2绝缘层上，贯通上述第2绝缘层和上述第1绝缘层，与上述多晶硅层接触的一对源极·漏极电极；以及覆盖上述源极·漏极电极的第3绝缘层，其特征在于上述源极·漏极电极具有顶盖层，形成在由铝或铝合金构成的导电层的上层，与上述第3绝缘层接触，并由钼或钼合金构成；以及阻挡层，形成在上述导电层的下层，与上述多晶硅层接触，并由钼或钼合金构成，而且，在上述阻挡层的与上述导电层接触的表面上，还具有氮氧化钼膜。
2.根据权利要求
1所述的显示装置，其特征在于上述阻挡层和上述氮氧化钼膜的膜厚的总和，比上述顶盖层的膜厚更薄。
3.根据权利要求
2所述的显示装置，其特征在于上述阻挡层和上述氮氧化钼膜的膜厚的总和，小于或等于上述顶盖层的膜厚的60％。
4.根据权利要求
1至3中的任何一项所述的显示装置，其特征在于在上述第3绝缘层的上层具有有机绝缘层，还包括形成在上述有机绝缘层上、贯通上述有机绝缘层和上述第3绝缘层并与上述源极·漏极电极的一方接触的透明电极。
5.根据权利要求
1至3中的任何一项所述的显示装置，其特征在于包括形成在上述第3绝缘层的上层、贯通上述第3绝缘层并与上述源极·漏极电极的一方接触的透明电极，以及一部分连接到上述透明电极上、中间间隔着有机绝缘层而形成的反射电极。
6.一种显示装置的制造方法，包括如下步骤多晶硅图形形成步骤，在表面上具有底层的绝缘基片的上述底层上，使多晶硅层图形化；第1绝缘层形成步骤，形成覆盖上述多晶硅层的第1绝缘层；栅极电极形成步骤，在上述第1绝缘层上形成栅极电极；第2绝缘层形成步骤，形成覆盖上述栅极电极的第2绝缘层；接触孔形成步骤，加工贯通上述第2绝缘层和上述第1绝缘层的接触孔；以及源极·漏极电极形成步骤，在上述第2绝缘层上，形成通过上述接触孔连接到上述多晶硅层的源极·漏极电极，并且在上述源极·漏极电极形成步骤之后的步骤中包括热处理步骤，其特征在于上述源极·漏极电极形成步骤包括阻挡层形成步骤，溅射钼或钼合金来使阻挡层成膜；氮氧化膜形成步骤，在氮气氛下对上述阻挡层进行高速热处理，并在上述阻挡层的表面上形成氮氧化膜；导电层形成步骤，溅射铝或铝合金层来形成导电层；以及顶盖层形成步骤，在上述导电层上溅射钼或钼合金，来形成顶盖层。
7.根据权利要求
6所述的显示装置的制造方法，其特征在于上述热处理步骤包含氢末端化处理。
8.根据权利要求
6所述的显示装置的制造方法，其特征在于上述热处理步骤包含CVD工序。
专利摘要
本发明提供一种显示装置，目的在于防止在把铝系导电层用做与低温多晶硅接触的源极·漏极电极时的加热工序中铝元素向多晶硅层的扩散，并避免显示不良的发生。在本发明的显示装置中，把铝系导电层用做源极·漏极电极，在该铝系导电层和多晶硅层之间设置钼或钼合金层的阻挡层。在构成阻挡层的钼或钼合金层的表面上，设置在氮气氛下进行高速热处理(高速热退火)所形成的氮氧化钼膜。
文档编号H01L21/77GKCN1295549SQ200410000160
公开日2007年1月17日 申请日期2004年1月8日
发明者原野雄一, 后藤顺, 金子寿辉, 山本昌直 申请人:株式会社日立显示器导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),