(57)【要約】【課題】アルミニウム合金膜と透明電極が直接コンタクトすることを可能とし、バリアメタルの省略を可能にするアルミニウム合金膜を用いた表示デバイスとその製造技術を提供する。【解決手段】基板上に配置された薄膜トランジスタと、透明電極によって形成された透明導電膜、および、これら薄膜トランジスタと透明導電膜を電気的に接続するアルミニウム合金膜を有し、該アルミニウム合金膜と前記透明導電膜の界面には該アルミニウム合金の酸化皮膜が形成されており、該酸化皮膜の膜厚が１〜１０ｎｍで、該酸化皮膜中の酸素含有量が４４原子％以下である表示デバイスとその製法を開示する。【選択図】図２
2010256910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された薄膜トランジスタと透明導電膜、および、これら薄膜トランジスタと透明導電膜を電気的に接続するアルミニウム合金膜を有し、該アルミニウム合金膜と前記透明導電膜の界面には該アルミニウム合金の酸化皮膜が形成されており、該酸化皮膜の膜厚が１〜１０ｎｍで、該酸化皮膜中の酸素含有量が４４原子％以下であることを特徴とする表示デバイス。
【請求項２】
前記アルミニウム合金膜が、合金成分としてＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜６原子％含むものである請求項１に記載の表示デバイス。
【請求項３】
前記合金成分として、少なくともＮｉが含まれている請求項２に記載の表示デバイス。
【請求項４】
前記アルミニウム合金膜と前記酸化皮膜の界面には、厚さ０．５〜１０ｎｍのＮｉ濃化層が存在し、該Ｎｉ濃化層中の平均Ｎｉ濃度が、前記アルミニウム合金膜中の平均Ｎｉ濃度の２倍以上である請求項３に記載の表示デバイス。
【請求項５】
前記アルミニウム合金膜には、更に他の元素としてＮｄ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆよりなる群から選択される少なくとも１種が０．１〜６原子％含まれている請求項１〜４のいずれかに記載の表示デバイス。
【請求項６】
前記透明導電膜が、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）もしくは酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）である請求項１〜５のいずれかに記載の表示デバイス。
【請求項７】
前記アルミニウム合金膜が反射膜として機能する請求項１〜６のいずれかに記載の表示デバイス。
【請求項８】
前記アルミニウム合金膜に透明導電膜を積層しタブ接続電極として使用する請求項１〜７のいずれかに記載の表示デバイス。
【請求項９】
基板上に配置された透明導電膜、および該透明導電膜を電気的に接続するアルミニウム合金膜を有し、該アルミニウム合金膜と前記透明導電膜の界面には該アルミニウム合金の酸化皮膜が形成されており、該酸化皮膜の膜厚が１〜１０ｎｍで、該酸化皮膜中の酸素含有量が４４原子％以下であることを特徴とするパッシブマトリクス駆動の表示デバイス。
【請求項１０】
基板上に形成されたアルミニウム合金膜上に透明導電膜を形成する際に、初期段階では非酸化性ガス雰囲気で電極膜形成を行った後、後半期は酸素含有雰囲気下で電極膜形成を行ない、透明導電膜と接触するアルミニウム合金膜上に膜厚が１〜１０ｎｍで酸素含量が４４原子％以下の酸化皮膜を形成することを特徴とする表示デバイスの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜状の表示デバイスとその製法に関し、特に、液晶ディスプレイの如きアクティブおよびパッシブマトリクス型のフラットパネルディスプレイ、反射膜、光学部品などに使用される透明導電膜とアルミニウム合金膜を構成要素として含む新規な表示デバイスとその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子とし、透明導電膜と走査線および信号線などの配線部を備えたＴＦＴアレイ基板と、該ＴＦＴアレイ基板に対し所定の間隔をおいて対向配置される共通電極を備えた対向基板と、これらＴＦＴアレイ基板と対向基板との間に充填された液晶層によって構成される。またパッシブマトリクス型液晶表示デバイスにおいては、走査線および信号線などの配線部と、該配線基板に対し所定間隔を置いて対向配置される共通電極を備えた対向電極と、配線基板と対向基板との間に充填された液晶層によって構成される。透明導電膜としては、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）に酸化錫（ＳｎＯ）を１０質量％程度含有させた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜などが用いられる。
【０００３】
また、この透明導電膜に電気的に接続される配線部の信号線としては、純アルミニウムもしくはＡｌ−Ｎｄの如きアルミニウム合金が使用されるが、これらと透明導電膜が直接接触しないよう、その間にバリアメタルとしてＭｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ等の高融点金属からなる積層膜を介在させていた。しかし最近では、これら高融点金属を省略し、信号線に透明導電膜を直接接続させる試みもなされている。
【０００４】
例えば特許文献１によると、酸化インジウムに酸化亜鉛を１０質量％程度含有させたＩＺＯ膜からなる透明導電膜を使用すれば、信号線との直接コンタクトが可能になるとされている。
【０００５】
また特許文献２には、ドレイン電極にプラズマ処理やイオン注入によって表面処理を施す方法が開示され、また特許文献３には、第１層のゲートとソースおよびドレイン電極として、Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，Ｃ等の不純物を含む第２相を積層した積層膜を形成する方法が開示されており、これらの方法を採用すれば、前掲の高融点金属を省略した場合でも、透明導電膜とのコンタクト抵抗を低レベルに維持できることが明らかにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３７９７６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８３９３４号公報
【特許文献３】特開平１１−２８４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前掲の従来技術でバリアメタルを介在させる理由は、信号線を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金配線と透明導電膜を直接接触させると接触抵抗が上昇し、画面の表示品位が低下するからである。これは、アルミニウムが非常に酸化され易く、大気中では表面が容易に酸化されること、また透明導電膜は金属酸化物であるため、成膜時に生じる酸素や成膜時に添加する酸素によってアルミニウムが酸化され、表面に高抵抗のアルミニウム酸化物層が生成するからである。そして、この様に信号線と透明導電膜との接触界面に絶縁物層が形成されると、信号線と透明導電膜間の接触抵抗が高まり、画面の表示品位が低下する。
【０００８】
一方バリアメタルは、元々アルミニウム合金の表面酸化を防ぎ、アルミニウム合金膜と透明導電膜の接触を良好にする作用を有しているが、上記接触界面にバリアメタルを介在させた従来構造を得るには、バリアメタル形成工程が不可欠となるため、ゲート電極やソース電極、更にはドレイン電極の形成に要する成膜用のスパッタ装置に加えて、バリアメタル形成用の成膜チャンバーを余分に装備しなければならない。しかし量産による液晶パネルなどの低コスト化が進むにつれて、バリアメタルの形成に伴う製造コストのアップや生産性の低下は軽視できなくなっている。
【０００９】
この様なことから最近では、バリアメタルを省略可能にする電極材料や製造プロセスが求められている。こうした要望に対し前掲の特許文献２では、表面処理のための工程が１工程加重される。一方特許文献３では、ゲート電極やソース電極、もしくはドレイン電極の成膜を同一の成膜チャンバーで連続して行うことができるが、工程数の増大が避けられない。しかも、不純物が混入した膜と混入していない膜の熱膨張係数の違いに原因して、連続使用時にチャンバーの壁面から膜が剥がれ落ちる現象が多発するので、メンテナンスのため装置を頻繁に停止しなければならない。更に特許文献１では、現時点で最も普及している酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜を酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）膜に変更しなければならないため、材料コストが高くつく。
【００１０】
本発明者らは上記の様な状況の下で、前述した様なバリアメタルの省略を可能にすると共に、工程数を増やすことなく簡略化し、アルミニウム合金膜を透明導電膜に対し直接かつ確実に接触させ得るような技術を確立し、また、低電気抵抗率で且つ低コンタクト抵抗を実現し得るような優れた電気特性と耐熱性を両立せしめ、更には表示デバイスにおいて反射電極やＴＡＢ（タブ）接続電極と材料を共通化し得るような技術の確立を期して鋭意研究を重ねてきた。その結果、上述した様な高融点金属を省略して配線部に直接透明導電膜を接触させることのできる技術を開発し、先に特許出願を済ませた（特願２００２−３６８７８６号）。
【００１１】
本発明者らはその後も更なる改善を期して研究を重ねているが、今回の本発明の目的は、上記先願発明とは異なる観点からの改善により、該先願発明に優るとも劣らない安定で長期信頼性の高い接触を実現し得るようなアルミニウム合金配線技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決することのできた本発明に係る表示デバイスの構成は、基板上に配置された薄膜トランジスタと透明導電膜、および、これら薄膜トランジスタと透明導電膜を電気的に接続するアルミニウム合金膜を有し、該アルミニウム合金膜と前記透明導電膜の界面には該アルミニウム合金の酸化皮膜が形成されており、該酸化皮膜の膜厚が１〜１０ｎｍで、該酸化皮膜中の酸素含有量が４４原子％以下であるところに要旨が存在する。
【００１３】
上記アルミニウム合金膜は、合金成分としてＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉよりなる群から選択される少なくとも１種を０．１〜６原子％含むものが好ましく、中でも、少なくともＮｉを含有するものが最適である。
【００１４】
上記アルミニウム合金膜には、更に他の合金成分としてＮｄ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆよりなる群から選択される少なくとも１種が０．１〜６原子％の範囲で含まれていてもよい。
【００１５】
合金成分としてＮｉを含む上記アルミニウム合金膜は、当該膜の表面から０．５〜１０ｎｍのＮｉ濃化層が存在し、該Ｎｉ濃化層中の平均Ｎｉ濃度が、前記アルミニウム合金膜中の平均Ｎｉ濃度の２倍以上であることが望ましい。
【００１６】
そしてこれらのアルミニウム合金膜は、表示デバイスにおいて反射膜として、あるいはタブ接続電極として有効に機能する。また前記透明導電膜の好ましい素材は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）もしくは酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）である。
【００１７】
また本発明は、更に他の実施形態として、基板上に配置された透明導電膜、および該透明導電膜を電気的に接続するアルミニウム合金膜を有し、該アルミニウム合金膜と前記透明導電膜の界面には該アルミニウム合金の酸化皮膜が形成されており、該酸化皮膜の膜厚が１〜１０ｎｍで、該酸化皮膜中の酸素含有量が４４原子％以下であるパッシブマトリクス駆動の表示デバイスを提供する。
【００１８】
更に、本発明に係る上記表示デバイスは、基板上に形成されたアルミニウム合金膜上に透明導電膜を形成する際に、基板温度を高めた状態で、初期段階は非酸化性ガス雰囲気で電極膜形成を行った後、後半期は酸素含有雰囲気下で電極膜形成を行なうことによって容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アルミニウム合金膜と透明導電膜の直接コンタクトを安定した制御性の下で実現可能とし、バリアメタルの省略を可能にすると共に長期信頼性の高い安価で且つ高性能の表示デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る表示デバイス用アレイ基板が適用される液晶パネル基板と液晶表示デバイスの構成を例示する概略断面拡大説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施例に係る表示デバイス用アレイ基板に適用される薄膜トランジスタの構造を例示する概略断面説明図である。
【図３】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図４】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図５】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図６】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図７】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図８】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図９】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図１０】上記図２に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図１１】アルミニウム合金膜の透明導電膜を構成するＩＴＯとの界面に形成される酸化皮膜中の酸素含有量とコンタクト抵抗および電気抵抗率の関係を示すグラフである。
【図１２】純アルミニウムとＡｌ−２原始％Ｎｉ合金について、大気中での保管時間と酸化皮膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図１３】透明導電膜を構成するＩＴＯ膜とＡｌ−２原子％Ｎｉ合金との直接接触界面に形成された酸化層とＮｉ濃化層の例を示すＴＥＭ写真である。
【図１４】Ｎｉ濃化層に含まれるＮｉ含量がコンタクト抵抗と酸化膜厚さに与える影響を示すグラフである。
【図１５】本発明の他の実施例に係る表示デバイス用アレイ基板に適用される薄膜トランジスタの構造を例示する概略断面説明図である。
【図１６】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図１７】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図１８】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図１９】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図２０】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図２１】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図２２】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図２３】上記図１６に示した表示デバイス用アレイ基板の製造工程の一例を、順番を追って示す説明図である。
【図２４】アルミニウム合金膜と透明導電膜との接触抵抗測定に用いたケルビンパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記本発明によれば、透明導電膜とアルミニウム合金膜を接触させる際に、その界面に形成される酸化アルミニウム層の電気抵抗率を低減し、該アルミニウム合金酸化物層の導電性を高めることによって、透明導電膜とアルミニウム合金との直接接触を可能にする。このとき、アルミニウム合金酸化物層の電気抵抗率を低減するには、界面のアルミニウム合金酸化物層の膜厚と酸素含量を制御することが有効であり、その結果として、コンタクト抵抗を低く且つ安定な状態に制御できる。
【００２２】
ちなみに従来法では、純アルミニウムやＡｌ−Ｎｄ合金などに透明導電膜を直接コンタクトさせるため、コンタクト抵抗が高くて非オーミック接触となる。その理由は、接触界面に形成される酸化アルミニウム層が、化学量論組成の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とほぼ同程度の酸素を含む高抵抗の膜となり、且つ該酸化アルミニウム層の膜厚も厚くなるためと思われる。
【００２３】
これに対し本発明では、アルミニウム層内に、合金成分としてＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉよりなる群から選択される少なくとも１種の元素、特に好ましくはＮｉを適量含有させ、それにより透明導電膜を成膜する際のアルミニウムの酸化を抑えることによってアルミニウム合金酸化層に導電性を与え、好ましくは更に接触界面に前記合金成分を濃化させることによって、組成の異なる合金材料に対しても安定して高い信頼性のコンタクト特性、即ち低コンタクト抵抗を実現できる。その結果、液晶ディスプレイの表示品位を高レベルに維持しつつ、工程数と製造コストを大幅に削減できる。
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る表示デバイスの実施形態を詳細に説明していくが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００２５】
また本発明では、薄膜トランジスタを含まないパッシブマトリクス駆動型の表示デバイスや、反射型液晶表示デバイス等の反射電極、外部への信号入出力のために使用されるＴＡＢ（タブ）接続電極についても、アルミニウム合金膜を同様に適用できるが、これらの実施形態については省略する。
【００２６】
図１は、本発明が適用される液晶表示装置に搭載される液晶パネル構造の概略断面拡大説明図である。
【００２７】
図１の液晶パネルは、ＴＦＴアレイ基板１と、該ＴＦＴアレイ基板１に対向して配置された対向基板２、およびこれらＴＦＴアレイ基板１と対向基板２との間に配置され、光変調層として機能する液晶層３を備えている。ＴＦＴアレイ基板１は、絶縁性のガラス基板１ａ上に配置された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４、透明導電膜５、走査線や信号線を含む配線部６からなる。
【００２８】
対向基板２は、ＴＦＴアレイ基板１側の全面に形成された共通電極７と、透明導電膜５に対向する位置に配置されたカラーフィルタ８、ＴＦＴアレイ基板１上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４や配線部６に対向する位置に配置された遮光膜９からなる。
【００２９】
また、ＴＦＴアレイ基板１および対向基板２を構成する絶縁性基板の外面側には、偏光板１０，１０が配置されると共に、対向基板２には、液晶層３に含まれる液晶分子を所定の向きに配向させるための配向膜１１が設けられている。
【００３０】
この様な構造の液晶パネルでは、対向電極２と透明導電膜５の間に形成される電界によって、液晶層３における液晶分子の配向方向が制御され、ＴＦＴアレイ基板１と対向基板２との間の液晶層３を通過する光が変調され、これにより、対向基板２を透過する光の透過光量が制御されて画像が表示される。
【００３１】
またＴＦＴアレイは、ＴＦＴアレイ外部へ引き出されたＴＡＢテープ１２により、ドライバ回路１３および制御回路１４によって駆動される。
【００３２】
図中、１５はスペーサー、１６はシール材、１７は保護膜、１８は拡散板、１９はプリズムシート、２０は導光板、２１は反射板、２２はバックライト、２３は保持フレーム、２４はプリント基板を夫々示しており、これらについては後述する。
【００３３】
図２は、本発明で採用されるアレイ基板に適用される第１の実施例に係る薄膜トランジスタ部の構造を例示する概略断面説明図である。図２に示す如くガラス基板１ａ上には、アルミニウム合金膜によって走査線２５が形成され、該走査線２５の一部は、薄膜トランジスタのオン・オフを制御するゲート電極２６として機能する。またゲート絶縁膜２７を介して走査線２５と交差するように、アルミニウム合金膜によって信号線が形成され、該信号線の一部は、薄膜トランジスタのソース電極２８として機能する。このタイプは一般にボトムゲート型とも呼ばれる。
【００３４】
ゲート絶縁膜２７上の画素領域には、例えばＩｎ2Ｏ3にＳｎＯを含有させたＩＴＯ膜によって形成された透明導電膜５が配置されている。アルミニウム合金膜で形成された薄膜トランジスタのドレイン電極２９は、透明導電膜５に直接コンタクトして電気的に接続される。
【００３５】
このＴＦＴアレイ基板１に、走査線２５を介してゲート電極２６にゲート電圧を供給すると、薄膜トランジスタがオン状態となり、予め信号線に供給された駆動電圧がソース電極２８からドレイン電極２９を介して透明導電膜５へ供給される。そして、透明導電膜５に所定レベルの駆動電圧が供給されると、図１で説明した如く対向電極２との間に電位差が生じ、液晶層３に含まれる液晶分子が配向して光変調が行われる。
【００３６】
次に、図２に示したＴＦＴアレイ基板２の製法について簡単に説明する。尚ここで、スイッチング素子として形成される薄膜トランジスタは、水素化アモルファスシリコンを半導体層として用いたアモルファスシリコンＴＦＴを一例として挙げる。
【００３７】
第１の実施例に係るＴＦＴアレイ基板１の製造工程の概略を、図３〜１０を例にとって説明する。
【００３８】
まずガラス基板１ａに、スパッタリング等の手法で例えば膜厚２００ｎｍ程度のアルミニウム合金薄膜を形成し、該アルミニウム合金薄膜をパターニングすることにより、ゲート電極２６と走査線２５を形成する（図３）。このとき、後記ゲート絶縁膜２７のカバレッジが良くなるように、アルミニウム合金薄膜の周縁を約３０〜４０度のテーパー状にエッチングしておくのがよい。次いで図４に示す如く、例えばプラズマＣＶＤ法などの手法で、例えば膜厚が約３００ｎｍ程度の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）でゲート絶縁膜２７を形成し、更に、例えば膜厚５０ｎｍ程度の水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と膜厚３００ｎｍ程度の窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を成膜する。
【００３９】
続いて、ゲート電極２６をマスクとする裏面露光によって図５に示す如く窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）をパターニングし、チャネル保護膜を形成する。更にその上に、燐をドーピングした例えば膜厚５０ｎｍ程度のｎ＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ）を成膜した後、図６に示す如く、水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）とｎ＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ）をパターニングする。
【００４０】
そしてその上に、例えば膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム合金膜を成膜し、図７に示す様にパターニングすることで、信号線と一体のソース電極２８と、透明導電膜５に接触されるドレイン電極２９を形成する。更に、ソース電極２８とドレイン電極２９をマスクとして、チャネル保護膜（ＳｉＮｘ）上のｎ＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ）を除去する。
【００４１】
そして図８に示す如く、例えばプラズマＣＶＤ装置などを用いて、窒化シリコン膜３０を例えば膜厚３００ｎｍ程度で成膜することにより保護膜を形成する。このときの成膜は例えば２６０℃程度で行なわれる。そしてこの窒化シリコン膜３０上にフォトレジスト層３１を形成した後、該窒化シリコン膜３０をパターニングし、例えばドライエッチング等によって窒化シリコン膜３０にコンタクトホール３２を形成する。また図示していないが、同時にパネル端部のゲート電極上のＴＡＢとの接続に当たる部分にコンタクトホールを形成する。
【００４２】
更に図９に示す如く、例えば酸素プラズマによるアッシング工程を経た後、例えばアミン系等の剥離液を用いてフォトレジスト層３１の剥離処理を行い、最後に例えば保管時間８時間程度以内に、図１０に示す如く例えば膜厚４０ｎｍ程度のＩＴＯ膜を成膜し、パターニングによって透明導電膜５を形成する。同時に、パネル端部のゲート電極のＴＡＢとの接続部分に、ＴＡＢとのボンディングのためＩＴＯ膜をパターニングすると、ＴＦＴアレイ基板が完成する。
【００４３】
本発明では、ドレイン電極２９などを構成するアルミニウム合金膜上に、上記透明導電膜５を構成するＩＴＯ膜をスパッタリングによって形成する際に、該アルミニウム合金膜の透明導電膜５との界面に導電性の酸化皮膜を形成するため、好ましくは２段階以上の複数段階成膜法を採用する。好ましい成膜法を例示すると、基板温度を好ましくは１００〜２００℃の範囲に設定し、まずアルゴン等の非酸化性ガスを用い酸素添加なしで例えば膜厚５〜２０ｎｍ（好ましくは１０ｎｍ程度）の成膜を行う。この間、すなわち透明導電膜５を構成するＩＴＯ膜の成膜初期段階では、アルミニウム合金膜の表面を極力酸化しないよう、酸素添加なしの雰囲気で成膜する。なお酸素添加なしで成膜を行うと、スパッタリングによって形成されるＩＴＯ膜内の酸素含量が少なくなり、当該膜そのものの導電率は低下する。しかし、このときに適度の基板加熱を行なうとＩＴＯの結晶性が高まり、透明導電膜５としての導電率の低下を補うことができる。
【００４４】
次いで上記基板温度を維持しつつ、雰囲気ガスを、非酸化性ガスに酸素を混入した酸素含有ガスに変更し、例えば厚さ２０〜２００ｎｍ程度（好ましくは４０ｎｍ前後）の成膜を行う。このとき雰囲気ガスへの酸素の添加量は特に制限されないが、代表的な条件としては、例えばアルゴン１〜５ｍＴｏｒｒ程度（好ましくは３ｍＴｏｒｒ前後）に対し酸素１０〜５０μＴｏｒｒ（好ましくは２０μＴｏｒｒ前後）に制御することが好ましい。ちなみにこの様な条件を採用すると、形成されるＩＴＯ膜の電気抵抗は最も低くなり、１×１０-4Ω・ｃｍ程度以下になることを確認している。尚、酸素添加以外に、水蒸気添加によっても同様の効果が得られる。この様にスパッタリングによるＩＴＯ膜の形成を、雰囲気ガスの酸素含量を変えて２段階（または多段回）で行うことで、ＩＴＯ成膜初期のアルミニウム合金膜の酸化を抑制しつつ、一方でＩＴＯ膜自体は十分な高導電率を確保することが可能となる。
【００４５】
ちなみにＩＴＯ膜は低温ではアモルファスであるのに対し、成膜時の温度を高めると多結晶となり、該結晶性の改善によって導電性は大幅に高まると共に、成膜後期の酸素含有雰囲気ガス中での成膜によってＩＴＯ膜の導電性は高まる。
【００４６】
ところで本発明者らが確認したところによると、例えばＡｌ−Ｎｉ合金と純Ａｌを比較した場合、これらを自然酸化したときの酸化皮膜の酸素含量や酸化皮膜の厚さには殆ど差がみられない（後記図１２参照）にも拘らず、この上にＩＴＯ成膜を行った後には差が生じてくる。このことから、アルミニウム合金膜表面の酸化皮膜の最終的な酸化形態は、透明導電膜を構成するＩＴＯ成膜時に決まってくると考えられる。しかも該酸化皮膜の形態の変化は、Ａｌに添加される合金元素（Ｎｉなど）の影響も受けるものと思われ、該合金元素の選択とＩＴＯ成膜時の適正な条件設定により酸化層の酸素含量と膜厚を適正に制御することで、低く安定したコンタクト抵抗を実現することが可能となる。
【００４７】
ちなみに、上述した様な条件でＩＴＯ成膜を行った場合、ＩＴＯ膜とＡｌ−２原子％Ｎｉ合金膜とのコンタクト抵抗は２〜１７Ωとなるのに対し、二段階成膜を行わず、且つ基板加熱なしで当初から雰囲気ガス中に酸素を混入した条件でＩＴＯ成膜を行った場合の同コンタクト抵抗は７５０Ω以上になることを確認しており、上述した二段階成膜法は、コンタクト抵抗の低減に極めて有効であることが分かる。
【００４８】
また添加合金元素の作用としては、上記Ｎｉ以外に、Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉについても同様の効果を得ることができ、これらの合金元素の１種若しくは２種以上を適量含有させたアルミニウム合金を使用し、上述した二段階性膜法を適用することで、コンタクト抵抗が有為に低減することを確認している。
【００４９】
なお、先願発明として提示した特願２００２−３６８７８６号では、上記の様な酸化皮膜の酸素含量を積極的に制御していないため、接触界面に存在するアルミニウム合金酸化皮膜中の酸素含量は多く、Ａｌ2Ｏ3に対し酸素含量はほぼ化学量論量であってコンタクト抵抗は高い。そこで、接触界面のコンタクト抵抗を下げるため、該酸化皮膜をオーバーエッチングや剥離液によって除去し、あるいはＩＴＯ膜との接触界面に金属化合物などを析出させるといった処理が必要であった。しかし本発明では、上記の様に接触界面に存在する酸化皮膜中の酸素含量を抑えることでコンタクト抵抗を低減することにより、この様な処理が全く不要となる。
【００５０】
ところで、ＩＴＯ成膜初期の雰囲気ガス中に酸素を含有させると共に基板加熱を行うと、コンタクト抵抗は基板加熱なしの場合の７５０Ωに対して２５０Ωまで、ある程度の低下がみられる。また酸素添加なしで基板加熱を加えつつ成膜した場合、コンタクト抵抗は３〜３３Ω程度に低減するものの、ＩＴＯ膜自体の電気抵抗率は８×１０-4Ω・ｃｍ程度と高い。
【００５１】
しかし、本発明で好ましく採用される上記の様な二段階成膜法を採用すると、アルミニウム合金膜とその上に形成されるＩＴＯ膜の接触界面のコンタクト抵抗が低下すると共に、ＩＴＯ膜自体の電気抵抗率も低く抑えられる。なお、酸素の代わりに水蒸気や水素を雰囲気ガス中に混入させることによってＩＴＯ膜の導電性を高める方法も考えられ、これらのうち特に水蒸気は加熱条件下で酸化性ガスとして作用し、アルミニウム合金膜に対し酸素と同様に酸化作用を発揮するので有効である。
【００５２】
この様に本発明では、アルミニウム合金膜中の合金元素の種類を特定すると共に、その上に形成されるＩＴＯ膜の成膜条件を制御することで接触界面に形成される酸化皮膜の特性とＩＴＯ膜の特性を改善することにより、接触界面に酸化物皮膜が存在していてもこれを除去することなく直接コンタクトすることが可能となる。
【００５３】
特に、追って詳述する如く、上記接触界面におけるアルミニウム合金酸化皮膜中の酸素含有量を４４原子％以下、より好ましくは４２原子％以下に抑え、好ましくは該酸化皮膜の厚さを１〜１０ｎｍの範囲、より好ましくは２〜８ｎｍ、特に好ましくは５ｎｍ前後に調整すれば、コンタクト抵抗を可及的に低減できる。この様なことから本発明では、アルミニウム合金膜を構成する合金元素の適正な選択と、ＩＴＯの成膜条件の制御が極めて重要となる。
【００５４】
上記の様な方法で製造されたＴＦＴアレイ基板は、アルミニウム合金で形成された例えばドレイン電極２９と透明導電膜５とが直接コンタクトされており、またゲート電極２６とＴＡＢ接続用のＩＴＯ膜も直接コンタクトされている。
【００５５】
このとき、例えばドレイン電極２９を構成するアルミニウム合金膜素材として、前述した如くＡｌ−Ｎｉ合金以外にも、Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉよりなる群から選択される少なくとも１種を合金成分として０．１〜６原子％含有するアルミニウム合金を使用すると、該ドレイン電極２９の形成条件を適正に制御することで、ドレイン電極２９を構成する該アルミニウム合金膜と透明導電膜５とのコンタクト抵抗を有為に低減することが可能となる。
【００５６】
ちなみに、アルミニウム合金膜中に含まれる上記合金元素の量が０．１原子％未満では、透明導電膜５との接触界面に形成される酸化層の酸素含量が十分に下がらず、本発明で意図するレベルのコンタクト抵抗低減効果が得られ難くなる。逆に、該合金元素量が６原子％を超えて過度に多くなると、アルミニウム合金膜自体の電気抵抗が高くなって画素の応答速度が遅くなり、消費電力が増大しディスプレイとしての品位が低下して実用に供し難くなる。よって、これらの利害得失を考慮すると、上記合金元素の含有量は０．１原子％以上、より好ましくは０．２原子％以上で、６原子％以下、より好ましくは５原子％以下に抑えることが望まれる。
【００５７】
また本発明では、上記以外の合金元素としてＮｄ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を更に含有させることも有効である。即ちこれらの元素は、アルミニウム合金中に好ましくは０．１〜６原子％、より好ましくは０．２〜２原子％含有させることによってヒロックやボイドを防いで耐熱性を３００℃以上に高め、また機械的強度や耐食性などを高める作用を発揮するからである。これらの中でも特に好ましいのは、Ｎｄ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏよりなる群から選択される少なくとも１種である。電気抵抗率の観点からすると、これら４種類の元素であれば３００℃の熱処理でもアルミニウム合金配線の電気抵抗率を十分に下げることができるからである。
【００５８】
更に本発明では、アルミニウム合金膜と透明導電膜５とのコンタクト抵抗を更に低減できるより好ましい形態として、上述した様な合金元素、例えばＮｉを含むアルミニウム合金膜において、透明導電膜５との界面側のアルミニウム合金膜表面にＮｉ濃化層を形成することが有効である。該Ｎｉ濃化層の好ましい厚さは０．５ｎｍ以上、より好ましくは１．０ｎｍ以上で、１０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下であり、また該Ｎｉ濃化層中の平均Ｎｉ濃度は、アルミニウム合金膜全量中の平均Ｎｉ濃度の２倍以上、より好ましくは２．５倍以上であることが望ましい。なおＮｉ以外に、上述した如くＡｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｓｍ，Ｇｅ，Ｂｉなどの合金成分を含むアルミニウム合金の場合も同様に、アルミニウム合金膜の表面に同程度の厚さと濃度の濃化層を形成することが有効である。
【００５９】
なおＮｉなどの合金元素を含むアルミニウム合金膜では、熱処理などによりアルミニウム合金膜中の例えばＮｉの固溶限（０．１％）を超えるＮｉがアルミニウム合金の粒界に析出し、一部がアルミニウム合金膜表面に拡散・濃縮してＮｉ濃化層が形成される。また本発明では、例えばコンタクトホールのエッチングを行う際に、Ｎｉのハロゲン化合物はアルミニウムよりも蒸気圧が低いため揮発し難く、アルミニウム合金膜表面に残留した状態となり、該合金膜表層部のＮｉ濃度はアルミニウム合金バルク材のＮｉ濃度よりも高濃度状態となる。従って、該エッチング条件を適切に制御することによっても、表層のＮｉ濃度や該濃化層の厚さを制御できる。
【００６０】
この様にして形成されたＴＦＴアレイ基板を備えた表示デバイスを、例えば液晶表示装置として使用すれば、透明導電膜と接続配線部との間のコンタクト抵抗を最小限に抑えることができるため、表示画面の表示品位に及ぼす悪影響を可及的に抑制できる。
【００６１】
ところで従来の製法では、純アルミニウムやＡｌ−Ｎｄ合金を配線材料に用いて透明導電膜に直接接触させると、接触界面に高抵抗の酸化アルミニウム層が形成され、非オーミック接触となる。断面ＴＥＭ観察とＥＤＸ組成分析結果によると、このときに接触界面に形成されるアルミニウム酸化物層中の酸素含量は、化学量論組成の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とほぼ同じであり、酸素含量は６０原子％（組成比はＡｌ：Ｏ＝１：１．５）で、酸化物層中の厚さは約６．５〜７ｎｍであった。この時のコンタクト抵抗を８０μｍのコンタクトホールで測定したところ、約１５０ｋΩであった。化学量論組成のＡｌ2Ｏ3は絶縁体であり、一般に電気抵抗率は１０14Ω・ｃｍ程度であると言われており、わずか６．５〜７ｎｍの膜厚でも高抵抗の絶縁膜として作用していたと考えられる。
【００６２】
こうした従来技術に対し、前述した様な方法でアルミニウム合金酸化物層の酸素含有量を例えば４０．２原子％（組成比でＡｌ：Ｏ＝1：０．６７）、膜厚を４〜４．５ｎｍに制御した場合のコンタクト抵抗は１２Ωになることが確認された。この様に、酸素含量が少なくて金属アルミニウムリッチな酸化物層の場合、該酸化物層はｎ型の半導体的特性を示し、金属アルミニウムの如き電気伝導性を示すものとなる。また数ｎｍ程度の膜厚の変化ではコンタクト抵抗値に与える影響は小さいものの、膜厚は薄い方がコンタクト抵抗は小さくなるので、該酸化物層の厚さは１０ｎｍ程度以下に抑えることが望ましい。
【００６３】
図１１は、アルミニウム合金酸化物層に含まれる酸素含有量と電気抵抗率、並びにコンタクト抵抗値の関係を調べた結果を示したグラフである。この図からも明らかな様に、アルミニウム合金酸化物層の酸素含量が４０原子％（組成比でＯ／Ａｌ＝０．６７）を超えると、コンタクト抵抗および電気抵抗率は共に急激に増加し、４４原子％（Ｏ／Ａｌ＝０．７９）を超えると２００Ωを超え、更に４９原子％（Ｏ／Ａｌ＝０．９６）を超えると１５０ｋΩを超える。更に５６原子％（Ｏ／Ａｌ＝１．２７）に達すると、オーミック接触から非オーミック接触へと変化する。コンタクト抵抗が２００Ωを超えると、表示品位の低下や歩留まりの低下が懸念され好ましくないと思われることから、酸素含量は４４原子％以下に抑えることが望ましい。
【００６４】
ところでアルミニウム合金膜の表面は、大気中で保管しているだけでも自然酸化が起こり、ＩＴＯ成膜時に更に酸化が進んで接触界面に更に厚い酸化皮膜が形成されると考えられる。例えば、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法）の測定結果から解析したアルミニウムの自然酸化皮膜の成長速度は、例えば図１２に示す如く、純アルミニウムの場合と、直接コンタクト可能なＡｌ−２原子％Ｎｉ合金の場合で殆ど変わらない。例えば大気中で１６時間保管したときには、何れも膜厚３ｎｍの酸化皮膜が形成され、該酸化皮膜の酸素含量は約６０原子％（Ａｌ：Ｏ＝１：１．５）の化学量論組成となる。
【００６５】
一方、前述した様な方法（本発明に係る２段成膜法）でＡｌ−２原子％Ｎｉ合金膜表面にＩＴＯ膜を成膜し、コンタクト部分の断面をＴＥＭ観察したところ、酸化皮膜の膜厚は自然酸化皮膜よりも厚く、４〜４．５ｎｍ（４／３倍〜４．５／３倍、即ち１．３〜１．５倍）に増加するが、酸化皮膜の酸素含有量は４０．２原子％である。上記の通りＩＴＯ成膜前の酸化皮膜の体積は１．３〜１．５倍にボリュームアップしていることとなる。ところが、このボリュームアップの過程で新たな酸素は取り込まれないため、ＩＴＯ成膜前に含まれる酸素含有量の約６０原子％が約４０原子％（すなわち、約６０原子％／１．５）に低減したものと推測される。
【００６６】
このことから、アルミニウム合金酸化皮膜層の酸素含量を低下させるには、ＩＴＯ成膜時に生じるアルミニウムの酸化を抑えることが重要であり、そのためにも少なくとも成膜初期は酸素を含まない非酸化性ガス雰囲気条件で行うことが必要となる。この時の酸化層の電気抵抗率は、前記図１１の傾向から推測して２００μΩ・ｃｍ程度と考えられ、コンタクト抵抗は１２Ω程度になると考えられる。また、ＩＴＯ成膜工程で取り込まれる酸素量を制御することが、コンタクト抵抗の低減に有効であることも明白である。
【００６７】
次に、アルミニウム合金酸化皮膜に含まれる不純物が導電性向上に有効に作用し得ることについて説明する。
【００６８】
例えばβ−Ａｌ2Ｏ3中に不純物としてナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属を添加すると、１０2Ω・ｃｍ程度の電気抵抗率のイオン導電性材料になることは良く知られている。これは、アルカリ金属イオンのサイズがＡｌ2Ｏ3の結晶格子に対して十分に小さく、格子間を自由に移動できるためである。ところがアルカリ金属イオンは、ＴＦＴなどの半導体素材中に混入すると可動イオンとなって障害になる恐れがある。
【００６９】
そこで、アルカリ金属に較べて半導体素子への影響の少ないＮｉなどをアルミニウム酸化物層内へ添加することによって、同様に電気伝導性を高めることも考えられる。Ａｌ−２原子％ＮｉとＩＴＯを直接接続させた場合、断面ＴＥＭ試料によるＥＤＸ分析によると、Ｎｉ濃化層に含まれるＮｉ量は４〜８原子％となるのに対し、酸化アルミニウム中にもＮｉは少なくとも２原子％以上含まれることが確認された。
【００７０】
またＡｌ−Ｎｉ系合金の場合、例えば図１３（ＩＴＯとＡｌ−Ｎｉ合金膜の直接接触界面に形成されたアルミニウム酸化物層とＮｉ濃化層のＴＥＭ観察写真）に示す如く、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）の層とバルクのＡｌ−Ｎｉ合金薄膜の界面には膜厚１ｎｍ程度のＮｉ濃化層が形成される。これは、アルミニウムの酸化が進行するにつれてアルミニウムは酸化皮膜方向へ拡散し、Ｎｉはバルク方向へ拡散すること、また、コンタクトホールをドライエッチングする際にＮｉの方が残渣として残り易いことが原因と考えられる。これらの影響によってＮｉ濃化層が形成されると、アルミニウム合金バルクからのアルミニウムイオンの拡散が抑えられ、アルミニウムの酸化抑制効果が期待される。
【００７１】
さらに図１４は、Ｎｉ濃化層に含まれるＮｉ量と酸化皮膜厚さ（ｎｍ）およびコンタクト抵抗（Ω）の関係を示したグラフであり、この図からも明らかな様にＮｉ濃化層中のＮｉ量が増えるにつれて、ＩＴＯ成膜後に観察されるアルミニウム酸化皮膜の厚さは減少する。それと共に、酸素含有量は例えば図１５に示す如く減少しコンタクト抵抗も低下することから、Ｎｉ濃化層が重要な役割りを果たしていると言える。
【００７２】
そしてこうしたＮｉ濃化層の作用を有効に発揮させるには、前述した如く該濃化層の厚さを１〜１０ｎｍの範囲に調整し、且つ該濃化層中のＮｉ含量を、Ａｌ−Ｎｉ合金層全体のＮｉ含量の２倍以上にするのがよいことを確認している。
【００７３】
ところで純アルミニウムやＡｌ−Ｎｄ合金を用いた場合でも、前記図２の場合とは逆にＩＴＯを下層とし、その上層側にアルミニウム合金材料を成膜した場合には、界面の酸化が抑えられてオーミック接触が可能になることがある。これは、成膜順序を変更してＩＴＯ成膜後にアルミニウム合金皮膜を形成した場合は、界面に高抵抗のアルミニウム酸化皮膜が形成されないためである。
【００７４】
またＮｉ等を含むアルミニウム合金が酸化されると、アルミニウムが酸化アルミニウム内を拡散し表面で酸素と結びついて酸化が進行するのに対し、酸化アルミニウム内への固溶量の小さいＮｉは反対にバルク方向へ拡散し、取り残されてＮｉ濃化層が形成される。この他、表面にＮｉを残す様なドライエッチングによってアルミニウム表面をエッチングしたり、加熱によって濃化層を形成し、Ｎｉ含有量を制御することもできる。加熱する場合については、オージェ分光の深さプロファイル測定によると、例えば１５０〜３００℃で１時間加熱するとＮｉ含量は３．１原子％から５．１原子％に増加し、またドライエッチングを施すと１０．２原子％まで濃化することが確認されている。
【００７５】
従って、上記の様な好ましい厚さとＮｉ含量のＮｉ濃化層を形成するには、上記のような現象を利用し、例えば絶縁膜を形成する際に採用する基板加熱を利用して濃化層を形成する方法や、アルミニウム配線をプラズマや酸・アルカリなどのエッチング性薬剤で表面処理する方法、連続してアルミニウム表面を少量エッチングさせる方法などが好ましい方法として例示される。
【００７６】
ところで、ＩＴＯ膜に直接純アルミニウム配線をコンタクトさせた場合のコンタクト抵抗は１．５×１０5Ωであり、更に、代表的なアルミニウム合金配線であるＡｌ−ＮｄをＩＴＯ膜に直接コンタクトさせた場合のコンタクト抵抗は８．４×１０8Ωである。また従来構造として、ＩＴＯ膜とＡｌ−Ｎｄ配線との間にバリアメタルとしてＭｏを介在させた場合のコンタクト抵抗は１．０×１０1Ωであった。これに対し、Ａｌ−Ｎｉ合金配線のコンタクト抵抗は１．２×１０1Ω、Ａｌ−Ｎｉ−Ｎｄ合金配線のコンタクト抵抗は１．５×１０1Ω、Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ合金配線のコンタクト抵抗は１．３×１０1Ωであり、いずれも、バリアメタルとしてＭｏを用いた従来構造と略同等であった。
【００７７】
次に、恒温恒湿試験の結果について述べる。恒温恒湿試験とは環境負荷試験の１種であり、一定の温度、湿度（通常は高温、高湿雰囲気）で長時間保持した場合のデバイスへの影響を調べる試験である。本例では試験前後のコンタクト抵抗を比較した。試験では、８０℃、８０ＲＨ％の恒温槽にアルミニウム合金とＩＴＯを直接接続させた評価用供試材を保管し、１２０時間と２４０時間後に取り出してコンタクト抵抗を測定した。また比較のためアルミニウム合金にＣＶＤ法でＳｉＮ膜を成膜し、ドライエッチングでコンタクトホールを形成してからＩＴＯ膜を成膜した試料と、アルミニウム合金上にＩＴＯ膜を直接成膜し、アルミニウム合金に１５０℃以上の熱やドライエッチングを加えなかったものを用意した。その結果、アルミニウム合金配線に１５０℃以上の熱やドライエッチングを加えたものは、処理前後でコンタクト特性に変化がないことが確認された。例えばＡｌ−２原子％Ｎｉ−０．６原子％Ｎｄの場合、処理前後のコンタクト抵抗の比はほぼ１であり、変化がみられなかった。
【００７８】
次に、通電試験の結果について述べる。この試験も信頼試験の１種であり、高密度なパルス電流を接続部に長時間流し続けてコンタクト抵抗の変化を観察した。アルミニウム合金とＩＴＯを直接接続した８０μｍ角のコンタクトホールの評価用試験体に、アルミニウム合金からＩＴＯ側へ一定のパルス幅で５ｍＡの電流のオン・オフを繰り返すパルス電流を加え続ける。５ｍＡという値は、接触面での電流密度に換算すると７８Ａ／ｃｍ2という値であり、比較的大きな電流である。同様に加熱やドライエッチングを加えたＡｌ−２原子％Ｎｉ−０．６原子％Ｎｄの場合、初期のコンタクト抵抗は１５Ωであり、１４時間通電後も変化は見られなかった。
【００７９】
この様に、ＩＴＯ膜に対し純アルミニウム配線を直接コンタクトさせた場合（前述の如くコンタクト抵抗は１．５×１０5Ω）に較べて、本発明に係るアルミニウム合金を用いた場合のコンタクト抵抗は約１／１０4に低減することが分かる。
【００８０】
上述した様な本発明の実施形態で液晶表示装置を試作したところ、製造歩留り、表示品位ともＩＴＯ膜とバリアメタル（Ｍｏなど）を組合せた場合と全く同等レベルとなる。従ってこの液晶表示装置では、バリアメタルを配置することなく、従来の液晶表示装置と同等の性能を得ることが可能となる。このため、バリアメタルの省略により製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減に寄与できる。即ち、従来の純アルミニウムやアルミニウム合金、Ｍｏ−W膜の代わりに、上述したアルミニウム合金膜を電極として使用すれば透明導電膜との直接コンタクトが可能となり、製造工程が簡略化され製造コストを低減できる。
【００８１】
次に、本発明のアレイ基板に適用される他の例として、パッシブマトリクス型の表示素子について説明する。
【００８２】
パッシブマトリクス型は、縦方向および横方向の電極線を網の目の様に構成してライン毎に画素を駆動させる。この例では、電極の層間絶縁膜が存在しない場合、即ち電極線に前掲の先願発明に記載されている様な金属間化合物が形成されるに足る熱が加わらない場合でも、電極線に用いたアルミニウム合金膜とＩＴＯ膜を低いコンタクト抵抗で直接接続できる。この場合はアルミニウム合金に熱が加わらないだけでなく、コンタクトエッチングなども施されることがなく、アルミニウム合金表面をエッチングする必要もない。先の実施例では、ＣＶＤ法などによって例えばＳｉＮｘを形成する際に熱が加わり、またＳｉＮｘをコンタクトエッチングする際にも、アルミニウム合金膜表面は少量エッチングされる。
【００８３】
しかし本発明では、アルミニウム合金膜に熱やエッチングが加わらない場合でも直接コンタクトが可能である。ちなみに、透明導電膜を構成するＩＴＯ膜とＡｌ−２原子%Ｎｉ合金を接触させたときのコンタクト抵抗は９Ωであった。加熱や表面エッチングだけでなく、自然酸化だけでも接触界面におけるＮｉなどの合金元素は濃化するが、例えばアルミニウム中のＮｉの固溶限は０．１原子％よりも小さく、ＩＴＯ膜を成膜する際にも基板加熱やプラズマ加熱によって、アルミニウム合金膜の少なくとも表層部では固溶限を越えたＮｉが粒界に出てくると考えられる。その際にも、アルミニウム合金酸化物層中の酸素量は変わらないで膜厚が増大し、酸素含有量（濃度）が低下すると共に、Ｎｉが酸化皮膜内に少量取り込まれて導電性が高まるものと考えている。
【００８４】
図１６は、本発明のアレイ基板に適用される他の実施例に係る薄膜トランジスタの構造を概略的に示す拡大断面説明図であり、この例では、トップゲート構造の薄膜トランジスタが適用される。
【００８５】
図１７に示す如く、ガラス基板１ａ上には、アルミニウム合金薄膜によって走査線が形成され、該走査線の一部は、薄膜トランジスタのオン・オフを制御するゲート電極２６として機能する。また、層間絶縁膜（ＳｉＯｘ）を介して該走査線と交差する様にアルミニウム合金で信号線が形成され、該信号線の一部は薄膜トランジスタのソース電極２８として機能する。
【００８６】
層間絶縁膜（ＳｉＯｘ）上の画素領域には、例えばＩｎ2Ｏ3にＳｎＯを含有させたＩＴＯ膜で形成された透明導電膜５が配置され、また、アルミニウム合金によって形成された薄膜トランジスタのドレイン電極２９は、透明導電膜５に電気的に接続される接続電極部として機能する。即ち、アルミニウム合金によって形成された薄膜トランジスタのドレイン電極２９は、透明導電膜５に直接コンタクトして電気的に接続されている。
【００８７】
従って、前記図２の例と同様にＴＦＴアレイ基板に、走査線を介してゲート電極２６にゲート電圧が供給されると、薄膜トランジスタがオン状態となり、予め信号線に供給された駆動電圧がソース電極２８からドレイン電極２９を介して透明導電膜５へ供給され、透明導電膜５に所定レベルの駆動電圧が供給されると、図１で説明した如く対向電極１０との間に電位差が生じ、液晶層３に含まれる液晶分子が配向して光変調を行う。
【００８８】
次に、図１６に示したＴＦＴアレイ基板の製法について説明する。この実施例に係るアレイ基板に備えられた薄膜トランジスタは、ポリシリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を半導体層とするトップゲート構造であり、図１７〜２３は、第２の実施例に係るＴＦＴアレイ基板の製造工程を概略的に示した図である。
【００８９】
先ず、ガラス基板１ａ上に例えばプラズマＣＶＤ法などにより、例えば基板温度３００℃程度で、膜厚５０ｎｍ程度の窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）と膜厚１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）、更には、膜厚が例えば５０ｎｍ程度の水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を成膜し、該水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をポリシリコン化するため、熱処理とレーザーアニールを行う。熱処理は例えば４７０℃程度で１時間程度の雰囲気熱処理によって行い、脱水素処理を行った後、例えばエキシマレーザアニール装置を用いて、例えばエネルギー約２３０ｍＪ／ｃｍ2程度の条件でレーザーを水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）に照射し、例えば厚さ０．３μｍ程度のポリシリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を得る（図１７）。
【００９０】
その後、図１８に示す如く、プラズマエッチング等によってポリシリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）をパターニングする。次いで図１９に示す如く、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を例えば膜厚１００ｎｍ程度で成膜してゲート絶縁膜２７とする。得られるゲート絶縁膜２７上に、スパッタリング等によって、走査線と一体のゲート電極２６となるアルミニウム合金膜を、例えば膜厚２００ｎｍ程度で成膜した後、プラズマエッチング等の方法でパターニングすることにより、走査線と一体のゲート電極２６を形成する。
【００９１】
続いて図２０に示す如く、フォトレジスト３１でマスクを形成し、例えばイオン注入装置などにより、例えば燐を５０ＫｅＶ程度で１×１０15個／ｃｍ2程度ドーピングし、ポリシリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の一部にｎ+型ポリシリコン膜（ｎ+ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を形成してからフォトレジスト３１を剥離し、例えば５００℃程度で熱処理することによって拡散させる。
【００９２】
続いて図２１に示す如く、例えばプラズマＣＶＤ装置などを用いて、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を例えば膜厚５００ｎｍ程度、基板温度３００℃程度で成膜して層間絶縁膜を形成した後、同様にフォトレジストをパターニングすることにより層間絶縁膜（ＳｉＯｘ）とゲート絶縁膜２７の酸化シリコン膜をドライエッチングし、コンタクトホールを形成し、スパッタリングによりアルミニウム合金膜を例えば膜厚４５０ｎｍ程度で成膜した後、パターニングすることによって、信号線に一体のソース電極２８とドレイン電極２９を形成する。その結果、ソース電極２８とドレイン電極２９は、各々コンタクトホールを介してｎ＋型ポリシリコン膜（ｎ＋ｐｏｌｙ−Ｓｉ）にコンタクトされる。
【００９３】
その後、図２２に示す如く、プラズマＣＶＤ装置などにより窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を例えば膜厚５００ｎｍ程度、基板温度３００℃程度で成膜することにより層間絶縁膜とする。そして、その上にフォトレジスト層３１を形成してから窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）をパターニングし、例えばドライエッチングによって該窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）にコンタクトホール３２を形成する。
【００９４】
その後、図２３に示す如く、例えば酸素プラズマによるアッシング工程を経て前掲と同様にアミン系剥離液などを用いてフォトレジストの剥離処理を行った後、前述した如く加熱下に初期段階では非酸化性雰囲気ガス中で、その後は酸素含有雰囲気ガス中での２段階処理によって膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜を成膜し、ウエットエッチングによりパターニングして透明導電膜５を形成する。この処理で、ドレイン電極２９は透明導電膜５に直接コンタクトするが、ドレイン電極２９を構成するアルミニウム合金膜と前記透明導電膜５の界面には、膜厚が１〜１０ｎｍで酸素含有量が４４原子％以下である酸化皮膜が形成されており、低いコンタクト抵抗で接触されることになる。
【００９５】
その後、トランジスタの特性を安定させるため、例えば３５０℃程度で１時間程度アニールすると、ポリシリコンＴＦＴアレイ基板が完成する。
【００９６】
上述した第２の実施例に係るＴＦＴアレイ基板、および該ＴＦＴアレイ基板を備えた液晶表示装置によれば、先に説明した第１の実施例と同等の効果が得られる。また第１の実施例と同様に第２の実施例においても、本発明のアルミニウム合金は反射型液晶の反射電極としても用いることができる。
【００９７】
なお、上記透明導電膜５の素材としては、酸化インジウム錫もしくは酸化インジウム亜鉛が好適であり、また前記アルミニウム合金膜は、非平衡状態で固溶した合金成分の一部または全部を濃化層として形成させ、電気抵抗率を８μΩ・ｃｍ以下、より好ましくは５μΩ・ｃｍ以下に調整されていることが好ましい。そして、上記アルミニウム合金膜と透明導電膜との接触界面に、厚さが１〜１０ｎｍで酸素含量が４４原子％以下の酸化皮膜を存在させれば、接触抵抗を有意に低減できる。
【００９８】
また、上記アルミニウム合金膜を形成する方法としては蒸着法やスパッタリング法などが挙げられるが、これらの中でも特に好ましいのはスパッタリング法である。
【００９９】
かくして得られるＴＦＴアレイ基板を使用し、前記図１に示した様な平面表示デバイスとしての液晶表示装置を完成させる。
【０１００】
即ち、上述の様にして完成したＴＦＴアレイ基板１の表面に、例えばポリイミドを塗布し、乾燥してからラビング処理を行って配向膜を形成する。
【０１０１】
一方、対向基板２は、先ずガラス基板に、例えばクロムをマトリスク状にパターニングすることによって遮光膜９を形成する。そして該遮光膜９の間隙に、樹脂製の赤、緑、青のカラーフィルタ８を形成する。この遮光膜９とカラーフィルタ８上に、ＩＴＯの如き透明な導電性膜を共通電極７として配置することにより対向電極を形成する。そして、該対向電極の最上層に例えばポリイミドを塗布し、乾燥してからラビング処理を行って配向膜１１を形成する。
【０１０２】
そして、アレイ基板１と対向基板２の配向膜１１が形成されている面を夫々対向配置し、樹脂製などのシール材１６により液晶の封入口を除いて２枚の基板を貼り合わせる。このとき２枚の基板間には、スペーサー１５を介在させるなどして２枚の基板間のギャップを略一定に保つ。
【０１０３】
かくして得られる空セルを真空中に置き、封入口を液晶に浸した状態で徐々に大気圧に戻していくことにより、空セルに液晶分子を含む液晶材料を注入して液晶層を形成し、封入口を封止する。最後に、セルの外側の両面に偏光板１０を貼り付けて液晶パネルを完成させる。
【０１０４】
更には図１に示した如く、液晶表示装置を駆動するドライバ回路を液晶パネルに電気的に接続し、液晶パネルの側部あるいは裏面部に配置する。そして、液晶パネルの表示面を規定する開口を含むフレームと、面光源をなすバックライト２２と導光板２０と保持フレーム２３によって液晶パネルを保持し、液晶表示装置を完成させる。
【実施例】
【０１０５】
次に、アレイ基板上の透明導電膜５に直接コンタクトした場合の、透明導電膜５とアルミニウム合金膜の間のコンタクト抵抗を測定した結果を表１に示す。
【０１０６】
該測定実験は下記の通りとした。
【０１０７】
１）透明導電膜の構成：酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを加えた酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウムに１０質量％の酸化亜鉛を加えた酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、膜厚は何れも２００ｎｍ。
【０１０８】
２）アルミニウム合金膜の構成：Ａｌ−２原子％Ｎｉ合金、またはＡｌ−２原子％Ｎｉ  −０．６原子％Ｎｄ合金。
【０１０９】
３）透明導電膜形成条件：
成膜初期（条件Ａ）…雰囲気ガス＝アルゴン、圧力＝３ｍＴｏｒｒ、スパッタパワー密度＝１．９Ｗ／ｃｍ2、膜厚＝２０ｎｍ、
成膜後期（条件Ｂ）…雰囲気ガス＝アルゴン／酸素混合ガス、圧力＝３ｍＴｏｒｒ（アルゴン分圧；２．９８Ｔｏｒｒ、酸素分圧：０．０２ｍＴｏｒｒ）、スパッタパワー密度＝１．９Ｗ／ｃｍ2、膜厚＝１８０ｎｍ。
【０１１０】
４）加熱条件：ＩＴＯ成膜時の基板温度が室温もしくは１５０℃。
【０１１１】
なお、実験Ｎｏ．１０については、Ａｌ合金膜成膜後にパターニングし、ＳｉＮの成膜およびフッ素プラズマによるエッチング工程は行わずにＩＴＯを成膜しパターニングして８０μｍ角のコンタクト状態となるようにして実験を行った。
【０１１２】
５）接触抵抗測定法：
図２４に示す様なケルビンパターンを作製し、４端子測定［ＩＴＯ（またはＩＺＯ）−Ａｌ合金に電流を流し、別の端子でＩＴＯ（またはＩＺＯ）−Ａｌ合金間の電圧降下を測定する方法］を行う。即ち、図２４のＩ1−Ｉ2間に電流Ｉを流し、Ｖ1−Ｖ2間の電圧Ｖをモニターすることにより、コンタクト部Ｃのコンタクト抵抗Ｒを［Ｒ＝（Ｖ2−Ｖ1）／Ｉ2］として求める。なお上記パターンの作製法は下記の通りとした。
【０１１３】
また、上記アルミニウム合金におけるＮｉ量はＩＣＰ発光分析（誘導結合プラズマ発光分析）法、Ｎｉ濃化層の膜厚、酸化皮膜の膜厚は断面ＴＥＭ観察、Ｎｉ濃化層中のＮｉ含有量、酸化皮膜の酸素含有量などの測定は、断面ＴＥＭ観察試料をＥＤＭによる組成分析することによって行った。
【０１１４】
ガラス基板の代わりに表面に基板と絶縁を取るため、表面に厚さ４００ｎｍの酸化膜（ＳｉＯ2熱酸化膜）を形成したシリコンウエハを使用し、Ａｌ合金３００ｎｍをスパッタリング法によって成膜し、パターニングした後、ＣＶＤ法によって厚さ３００ｎｍの絶縁膜（ＳｉＮｘ）を成膜する。その後、そのまま真空の成膜チャンバー内で１時間熱処理を行ってから取り出す。その後、フォトリソグラフィーによって８０μｍ角のコンタクトホールをパターニングし、フッ素系プラズマによりエッチングすることによってコンタクトホールを形成する。その後、８時間以内の保持時間でアルミニウム合金の表面に、上記二段階スパッタリング成膜法で２００ｎｍのＩＴＯ（またはＩＺＯ）を成膜し、パターニングを行う。
【０１１５】
アルミニウム合金膜とＩＴＯ（またはＩＺＯ）との接触抵抗の測定には、４端子のマニュアルプローバーと半導体パラメータアナライザー「ＨＰ４１５６Ａ」（ヒューレットパッカー社製）を用いた。この測定では、Ｒ（コンタクト抵抗）＝［Ｉ2／（Ｖ2−Ｖ1）］で表わされ、配線抵抗の影響を除いた、ＩＴＯ（またはＩＺＯ）／Ａｌ合金接合部分の純粋な抵抗値を測定できる。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
ところで、ＩＴＯ膜に直接純アルミニウム配線をコンタクトさせた場合、コンタクト抵抗は１．５×１０5Ωであり、更にＩＴＯ膜に直接、代表的なアルミニウム合金配線であるＡｌ−Ｎｄ合金をコンタクトさせた場合、コンタクト抵抗は８．４×１０4Ωである。また従来構造として、ＩＴＯ膜とＡｌ−Ｎｄ配線との間にバリアメタルとしてＭｏを配置させた場合のコンタクト抵抗は、１．０×１０1Ωであった。
【０１１８】
一方、本発明の上記実施例で、接触界面に酸素含量の少ない酸化皮膜を形成したＡｌ−Ｎｉ配線のコンタクト抵抗は、８０μｍ角のコンタクトホールにおいて１．２×１０1Ω、Ａｌ−Ｎｉ−Ｎｄ配線のコンタクト抵抗は１．５×１０1Ω、Ａｌ−Ｎｉ−Ｙ配線のコンタクト抵抗は１．３×１０1Ωであり、何れも従来構造であるＭｏをバリアメタルとして用いた場合と略同等であった。
【０１１９】
上述した様に、本発明の実施形態で液晶表示デバイスを試作したところ、製造歩留り、表示品位共に、ＩＴＯ膜とバリアメタルを組み合わせた場合と全く同等のレベルであった。従ってこの液晶表示デバイスでは、バリアメタルを配置することなく、従来の液晶表示デバイスと同等の性能を得ることが可能となる。
【０１２０】
よってバリアメタルを省略することができ、製造工程を簡略化できるため、製造コストを大幅に低減できる。
【０１２１】
すなわち、従来の純アルミニウムやアルミニウム合金、或いはＭｏ−Ｗ膜に代えて、上述した如き特定の元素を含むアルミニウム合金を電極素材として使用し、且つ接触界面に酸素含量の抑えられた酸化皮膜を存在させることにより、透明導電膜との直接コンタクトが可能となり、製造工程が簡略化され、大幅な製造コスト低減が可能となる。
【符号の説明】
【０１２２】
１  ＴＦＴアレイ基板
２  対向電極
３  液晶層
４  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
５  透明導電膜
６  配線部
７  共通電極
８  カラーフィルタ
９  遮光膜
１０  偏光板
１１  配向膜
１２  ＴＡＢテープ
１３  ドライバ回路
１４  制御回路
１５  スペーサー
１６  シール材
１７  保護膜
１８  拡散板
１９  プリズムシート
２０  導光板
２１  反射板
２２  バックライト
２３  保持フレーム
２４  プリント基板
２５  走査線
２６  ゲート電極
２７  ゲート絶縁膜
２８  ソース電極
２９  ドレイン電極
３０  保護膜（窒化シリコン膜）
３１  フォトレジスト
３２  コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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