(57)【要約】 【課題】  金属配線、金属配線の製造方法、金属配線を含むアレイ基板及び液晶表示パネルを提供する。【解決手段】  金属配線は金属膜１１１、１３１及び障壁膜１１３、１３３を含む。金属配線は絶縁基板１０１上に配置される。障壁膜１３１、１３３は金属膜１１１、１１３の上面と側面を覆うように配置され、絶縁基板１０１のガラス転移点より高い融点を有する物質を含み、金属膜原子の拡散を防止する。絶縁基板１０１のガラス転移点より高い融点を有する物質を含む障壁膜１３１、１３３を金属膜１１１、１３１を覆うように形成することで、高温プロセスでの拡散を防止し、金属配線の劣化を防止する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に配置される金属膜と、
前記金属膜の上面と側面をカバーするように配置され、前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を有し、前記金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁膜と、
を含む金属配線。
【請求項２】
前記障壁膜は、ＡＢｘ系列の物質を含むことを特徴とする請求項１記載の金属配線。
【請求項３】
前記障壁膜は、導電性金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の金属配線。
【請求項４】
前記導電性金属酸化物は、錫酸化物または亜鉛酸化物であることを特徴とする請求項３記載の金属配線。
【請求項５】
前記金属膜は銅を含むことを特徴とする請求項１記載の金属配線。
【請求項６】
前記金属膜は種膜を含むことを特徴とする請求項１記載の金属配線。
【請求項７】
前記種膜は、パラジウムＰｄ、金Ａｕ、銀Ａｇ、錫Ｓｕ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、及び白金Ｐｔからなる群から選択されたいずれか一つを含むことを特徴とする請求項６記載の金属配線。
【請求項８】
絶縁基板上に金属膜を形成する段階と、
前記金属膜の上面及び側面をカバーするように前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を塗布し、前記金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁膜を形成する段階と、
を含む金属配線の形成方法。
【請求項９】
前記金属膜を形成する段階は、無電解メッキ法によって実施されることを特徴とする請求項８記載の金属配線の形成方法。
【請求項１０】
前記無電解メッキ法は、
前記絶縁基板の金属蒸着領域に種膜を形成する段階と、
前記絶縁基板を還元剤と金属イオン供与体とを含む無電解メッキ液に浸漬して、前記金属蒸着領域に前記金属膜を成長させる段階と、を含むことを特徴とする請求項９記載の金属配線の形成方法。
【請求項１１】
前記種膜は、パラジウムＰｄ、金Ａｕ、銀Ａｇ、錫Ｓｎ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ及び白金Ｐｔからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０記載の金属配線の形成方法。
【請求項１２】
前記種膜を形成する段階は、
前記金属蒸着領域に錫イオンを吸着させる段階と、
前記絶縁基板を金属塩化物含有酸溶液に浸漬させて、前記金属蒸着領域に前記錫イオンを媒介にして核を付着させる段階と、を含むことを特徴とする請求項１０記載の金属配線の形成方法。
【請求項１３】
前記錫イオンを吸着させる段階は、前記絶縁基板を塩化第１錫水溶液に浸漬して実施することを特徴とする請求項１２記載の金属配線の形成方法。
【請求項１４】
前記還元剤は、アルデヒドであること特徴とする請求項１０記載の金属配線の形成方法。
【請求項１５】
前記無電解メッキ液はアルカリ性であることを特徴とする請求項１０記載の金属配線の形成方法。
【請求項１６】
前記無電解メッキ液のｐＨは１２．５乃至１３であることを特徴とする請求項１５記載の金属配線の形成方法。
【請求項１７】
前記無電解メッキは錯化剤をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の金属配線の形成方法。
【請求項１８】
前記錯化剤はエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）であることを特徴とする請求項１７記載の金属配線の形成方法。
【請求項１９】
前記絶縁基板の金属蒸着領域に種膜を形成する段階の前に、
前記絶縁基板を洗浄する段階と、
洗浄された前記絶縁基板をエッチングする段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の金属配線形成方法。
【請求項２０】
前記絶縁基板をエッチングする段階は、３５０乃至４５０ｇ／ｌ濃度範囲の水酸化ナトリウムＮａＯＨのエッチング液で実施することを特徴とする請求項１９記載の金属配線の形成方法。
【請求項２１】
前記障壁膜の形成段階は、スパッタリング工程によって実施することを特徴とする請求項８記載の金属配線の形成方法。
【請求項２２】
絶縁基板と、
ゲート線と連結される金属膜を含むゲート電極と、データ線と連結される第１電流電極、前記ゲート電極と前記第１電流電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極の金属膜と前記ゲート絶縁膜との間に前記金属膜の上面と側面とをカバーするように配置され前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を含む前記ゲート電極の金属の拡散を防止する第１障壁層と、を含むスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の第２電流電極と連結される画素電極と、
を含むアレイ基板。
【請求項２３】
前記第１電流電極または前記第２電流電極は前記ゲート電極と同一の物質を含むことを特徴とする請求項２２記載のアレイ基板。
【請求項２４】
前記第１及び第２電流電極上にパッシベーション膜をさらに含むことを特徴とする請求項２３記載のアレイ基板。
【請求項２５】
前記第１及び第２電流電極とパッシベーション膜との間に配置され、前記パッシベーション膜への前記金属の拡散を防止する第２障壁層をさらに含むことを特徴とする請求項２４記載のアレイ基板。
【請求項２６】
前記絶縁基板上に配置され、金属を含む第１キャパシタ電極を有し、前記第２電流電極と電気的に連結された蓄積容量素子をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載のアレイ基板。
【請求項２７】
前記第１障壁層は、前記蓄積容量素子の第１キャパシタ電極上に配置され、前記金属の拡散を防止することを特徴とする請求項２６記載のアレイ基板。
【請求項２８】
絶縁基板上に金属膜を含むゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極の金属膜の上面及び側面を覆うように前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を積層させて、前記金属原子の拡散を防止する障壁膜を形成する段階と、
前記障壁膜を含む絶縁基板上にゲート絶縁膜と、第１及び第２電流電極と、を順次に形成する段階と、
を含むことを特徴とするアレイ基板の形成方法。
【請求項２９】
前記ゲート電極の金属膜は、無電解メッキ法によって形成されることを特徴とする請求項２８記載のアレイ基板の形成方法。
【請求項３０】
前記障壁層は、錫酸化物または亜鉛酸化物を含むことを特徴とする請求項２８記載のアレイ基板の形成方法。
【請求項３１】
コモン電極を含む第１ガラス基板と、
前記第１ガラス基板と対向し、金属膜を含むゲート電極、ゲート絶縁膜、第１及び第２電流電極、及び前記ゲート電極の金属膜と前記ゲート絶縁層との間に配置され前記第１ガラス基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を含み金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁層を有し、画像信号を印加するスイッチング素子と、前記スイッチング素子と連結される画素電極とを含む第２ガラス基板と、
前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との間に介在する液晶層と、
を含む液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属配線を含む表示装置用基板、その形成方法及びこれを有する液晶表示装置に関し、より詳細には不良を減少させることができる金属配線を含む表示装置用基板、その形成方法及びこれを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄膜トランジスタが形成されたアレイ基板と対向基板との間に注入されている異方性誘電率を有する液晶物質に電界を印加し、この電界の強さを調節して基板に透過される光の量を調節することで所望の画像信号を得る表示装置である。
【０００３】
アレイ基板は、概略、基板上に配置された薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタのゲート電極に電気的に連結されるゲート線、薄膜トランジスタのソース電極に電気的に連結されるデータ線、及び薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に連結された画素電極を含む。
【０００４】
一般的に、基板はガラスを含み、ゲート電極及びゲート線は金属を含む。ゲート電極及びゲート線は基板上に配置される。
【０００５】
液晶表示装置の寸法が大きい場合、ゲート線の長さが増加してゲート線の抵抗が増加する。ゲート線の抵抗が増加する場合、液晶表示装置の端部に配置された薄膜トランジスタに印加される電圧と液晶表示装置の中心部に配置された薄膜トランジスタに印加される電圧とが異なり、液晶表示装置の画質が不均一となる。このような信号遅延の問題ゆえに、比抵抗の低い金属、例えば、銅などがゲート電極の材料として検討されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、銅はガラスと接着力が低くて、ゲート電極またはゲート線がガラス基板から分離してしまうおそれがある。ゲート電極またはゲート線がガラス基板と分離されてしまうと、薄膜トランジスタが誤作動を起こすことがあり得る。
【０００７】
また、銅原子がその上部に配置されるシリコンを含むゲート絶縁膜に拡散するようになるおそれがある。銅原子がゲート絶縁膜に拡散する場合、ゲート電極の抵抗が増加して、信号遅延の問題が発生する。
【０００８】
前記のような問題点を解決するための本発明の第１目的は、銅原子の拡散を防止することができる金属配線を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２目的は、銅原子の拡散を防止することができる金属配線の形成方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第３目的は、銅原子の拡散を防止することができる金属配線を含むアレイ基板を提供することにある。
【００１１】
本発明の第４目的は、銅原子の拡散を防止することができる金属配線を含むアレイ基板の形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第５目的は、銅原子の拡散を防止することができる金属配線を含むアレイ基板を含む液晶表示パネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した本発明の第１目的を達成するための本発明の一実施形態による金属配線は、絶縁基板上に配置される金属膜と、前記金属膜の上面と側面とをカバーするように配置され、前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を含み、前記金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁膜と、を含む。
【００１４】
前述した本発明の第２目的を達成するための本発明の一実施形態による金属配線の形成方法は、絶縁基板上に金属膜を形成する段階と、前記金属膜の上面及び側面を覆うように前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を塗布し、前記金属膜の原子の拡散を防止する障壁膜を形成する段階と、を含む。特に、前記金属膜を形成する段階は、無電解メッキ法によって実施される。
【００１５】
前述した本発明の第３目的を達成するための本発明の一実施形態によるアレイ基板は、絶縁基板、スイッチング素子及び画素電極を含む。前記スイッチング素子は、ゲート線と連結される金属膜を含むゲート電極、データ線と連結される第１電流電極、前記ゲート電極と前記第１電流電極を絶縁させるゲート絶縁膜、及び前記ゲート電極に含まれる金属膜と前記ゲート絶縁膜との間に前記金属膜の上面と側面をカバーするように配置され前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を含み、前記金属原子の拡散を防止する第１障壁層を含む。前記画素電極は、前記スイッチング素子の第２電流電極と連結される。
【００１６】
前述した本発明の第４目的を達成するための本発明の一実施形態によるアレイ基板の形成方法は、絶縁基板上に金属膜を含むゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極の金属膜の上部及び側壁をカバーするように前記金属膜上に前記絶縁基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を積層させ、前記金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁膜を形成する段階と、前記障壁膜を含む基板上にゲート絶縁膜及び第１及び第２電流電極を順次に形成する段階と、を含む。
【００１７】
前述した本発明の第５目的を達成するための本発明の一実施形態による液晶表示パネルは、第１ガラス基板、第２ガラス基板及び液晶層を含む。前記第１ガラス基板はコモン電極を含む。前記第２ガラス基板は、前記第１ガラス基板と対向し、金属膜を含むゲート電極と、ゲート絶縁膜と、第１及び第２電流電極と、前記ゲート電極の金属膜と前記ゲート絶縁膜との間に配置され前記ガラス基板のガラス転移点より高い融点を有する物質を含み前記金属膜に含まれる原子の拡散を防止する障壁膜と、を含み、画像信号を印加するスイッチング素子、及び前記スイッチング素子と連結される画素電極を含む。前記液晶層は前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との間に介在する。
【００１８】
従って、絶縁基板（ガラス基板）と導電性ランプ（金属配線）との接着力が増加し、導電性ライン（金属配線）の抵抗が減少して表示装置の画質が向上される。また、導電性ライン（金属配線）の金属導電物質の拡散を防止して抵抗増加による不良を抑制する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。
【００２０】
図面で、層（または膜）及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。全体的に、図面説明の際、観察者の観点で説明し、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるとするとき、これは他の部分の「すぐ上」にある場合だけではなく、その中間にさらに追加の部分がある場合も含む。反対にある部分が、他の部分の「すぐ上に」にあるとするとき中間に他の部分がないことを意味する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態によるアレイ基板の部分平面図である。
【００２２】
図１に示すように、アレイ基板は第１方向に形成された複数のゲート線ＧＬ、第１方向と交差する第２方向に形成された複数のデータ線ＤＬ、及びゲート線ＧＬとデータ線ＤＬによって画定される複数の画素領域を含む。
【００２３】
画素領域には、スイッチング素子１１０、スイッチング素子１１０と連結される蓄積容量素子（ストレージキャパシタ）ＣＳＴ、及び液晶キャパシタの第１電極である画素電極１４０が形成される。
【００２４】
スイッチング素子１１０は、ゲート線ＧＬと連結されるゲート電極１１４、データ線ＤＬと連結されるソース電極１１８ａ、及びコンタクトホール１５０を通じて画素電極１４０と連結されるドレイン電極１１８ｂを含む。ゲート電極１１４とソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂとの間には半導体層（図示せず）が形成される。
【００２５】
ゲート電極１１４はゲート線ＧＬと連結され、第１金属膜（図示せず）と第１障壁膜（図示せず）を含む。
【００２６】
第１金属膜は銅を含むことができる。銅は約１．６７μΩ/ｃｍの低い比抵抗を有する物質で、下部電極の要求特性である約３．０μΩ/ｃｍより低い比抵抗を有する。また、銅はシリコンと反応する特性を有する。
【００２７】
第１障壁膜は、第１金属膜の基板との接触部位を除いた残りの全ての面、即ち、第１金属膜の上面と４箇所の側面を完全にカバーするように配置される。第１障壁膜は後続する高温プロセスにも劣化されない優秀な高温特性を有するＡＢｘ系列物質、例えば、すず酸化物ＳｎＯ２または亜鉛酸化物ＺｎＯ２などを含む。錫酸化物はガラス転移点である約７５０℃以上の融点を有する。
【００２８】
特に、第１金属膜が銅を含む場合、第１障壁膜は銅原子が後続する高温プロセスで他の層、例えば、シリコンを含むゲート絶縁膜またはパッシベーション膜に拡散されることを防止する。
【００２９】
第１障壁層は、第１金属膜とゲート絶縁膜、または第１金属膜とパッシベーション膜との間に形成され、銅原子の拡散を防止する障壁としての役割を担う。従って、第１障壁層は、銅原子の拡散による第１金属膜を含むゲート電極１１４の抵抗増加を抑制する。これにより、ゲート電極１１４の信号遅延問題を防止することができる。
【００３０】
蓄積容量素子１３０は、ゲート線ＧＬと実質的に同一の物質を含む第１電極１３４、及びドレイン電極１１８ｂと実質的に同一の金属を含む第２電極１３５で構成される。蓄積容量素子１３０はスイッチング素子１１０がターンオフ状態のとき、液晶キャパシタに充電された電圧を１フレームの間保持する。
【００３１】
以上、第１銅膜と第２障壁層を含むゲート電極１１４を説明したが、ゲート線ＧＬとデータ線ＤＬに前記構造を適用することができる。
【００３２】
図２は図１のアレイ基板を含む液晶表示パネルをＩ−Ｉ’ラインに沿って切断した断面図である。
【００３３】
図２に示すように、液晶表示パネルはアレイ基板１００、カラーフィルター基板２００、及びアレイ基板１００とカラーフィルター基板２００との間に介在された液晶層３００を含む。
【００３４】
アレイ基板１００は、透明基板１０１、スイッチング素子１１０及び画素電極１４０を含む。
【００３５】
スイッチング素子１１０は、ゲート線と連結されるソース電極１１８ａ及びデータ線と連結されるドレイン電極１１８ｂを通じて画素電極１４０に電圧を印加する。スイッチング素子１１０は、ゲート電極１１４、ゲート絶縁膜１０５、半導体層１１６及びソース電極１１８ａ／ドレイン電極１１８ｂを含む。
【００３６】
ゲート電極１１４は、第１金属膜１１１と第１障壁層１１３を含み、ゲート線と連結される。
【００３７】
第１金属膜１１１が銅を含む場合、銅は絶縁性の透明基板１０１との接着性が良くない。従って、第１金属膜１１１は第１種膜（seed layer）（図示せず）を含むことができる。ここで、第１種膜はパラジウムＰｄ、金Ａｕ、銀Ａｇ、錫Ｓｎ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、または白金Ｐｔのうち、いずれか一つを含む。第１種膜は無電解メッキ法で金属膜を形成するとき、金属膜蒸着のための核を提供する。
【００３８】
第１障壁層１１３は、第１金属膜１１１の透明基板１０１と接触する部位を除いた全ての面、即ち、第１金属膜１１１の上面と側面をカバーするように配置される。
【００３９】
第１金属膜１１１が銅を含む場合、銅原子は隣接するシリコンを含むゲート絶縁膜１０５に拡散してシリコンと高い反応性を有する。銅原子が隣接するゲート絶縁膜１０５に拡散して銅原子とシリコンとの反応が進むことを効率的に防止するために、第１障壁層１１３は銅を含む第１金属膜１１１とゲート絶縁膜１０５との接触面に配置される。従って、第１障壁層１１３は、銅原子の拡散によるゲート電極の抵抗増加を抑制して信号遅延現象を防止することができる。
【００４０】
第１障壁層１１３は、後続する高温プロセス、特に、アモルファスシリコン層１１６ｂにＮ＋型の不純物をドーピングするためのイオン注入工程などに対して耐熱性を有する物質、例えば、すず酸化物または亜鉛酸化物を含む。
【００４１】
蓄積容量素子１３０の第１電極１３４とゲート線ＧＬは、ゲート電極１１４と同一の物質を含む。従って、第１電極１３４は第２金属膜１３１、及び第２金属膜１３１の上部及び側面をカバーする第２障壁層１３３を含む。また、ゲート線ＧＬは第３金属膜（図示せず）と第３金属膜の上面及び側面をカバーする第３障壁層（図示せず）を含む。
【００４２】
図２に示すように、ゲート絶縁膜１０５は、第１障壁層１１３上、第２障壁層１３３上及び露出された透明基板１０１上に形成される。ゲート絶縁膜１０５は、ゲート電極１１４をソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂから電気的に絶縁させる。ゲート絶縁膜１０５は、シリコン窒化物ＳｉＮｘまたはシリコン酸化物ＳｉＯｘなどを含む。
【００４３】
半導体層１１６はゲート絶縁層１０５上に配置される。半導体層１１６はアクティブ層１１６ａ及び抵抗性接触層１１６ｂを含み、ゲート電極１１４が形成された領域に対応して配置される。
【００４４】
ソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂは、それぞれデータ線及び蓄積容量素子１３０の第２電極１３５と電気的に連結され、導電性金属物質を含む。このとき、ソース電極１１８ａ、ドレイン電極１１８ｂ、データ線及び蓄積容量素子１３０の第２電極１３５は、第４金属膜（図示せず）と第４障壁層（図示せず）を含むことができる。
【００４５】
第４金属膜が銅を含む場合、銅は透明基板１０１との接着性が良くない。従って、第４金属膜は第２種膜を含むことができる。これにより、前記第２種膜を媒介にして、銅を含む第４金属膜を無電解メッキ法で透明基板１０１上に形成させることができる。
【００４６】
第４障壁層は、第４金属膜の透明基板１０１との接触部位を除いた全ての面、即ち、第４金属膜の上面と側面をカバーするように配置される。第４障壁層は、第４金属膜とソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂ上に配置されるパッシベーション膜１２０との間の接触面に形成されることで、銅原子が隣接するパッシベーション膜１２０に拡散する現象を防止する。従って、第４障壁層は、ソース電極１１８ａとドレイン電極１１８ｂの抵抗増加を抑制して信号遅延現象を防止する。また、第４障壁層は所定の電気伝導性を有する導電性酸化物質を含むことが望ましい。
【００４７】
パッシベーション膜１２０は、ソース及びドレイン金属層上に配置され、スイッチング素子１１０を保護する役割をする。パッシベーション膜１２０上に有機膜１２５を配置することができる。ここで、有機膜１２５は省略してもよい。
【００４８】
有機膜１２５は、スイッチング素子１１０及びパッシベーション膜１２０が形成された透明基板１０１上に配置され、液晶層の厚さを調節し、透明基板１０１の表面を平坦化する。有機膜１２５は、ドレイン電極１１８ｂの一部を露出するコンタクトホール１５０を含む。コンタクトホール１５０は、パッシベーション膜１２０及び有機膜１２５のエッチングを通じて形成され、ドレイン電極１１８ｂの一定領域を露出させる。
【００４９】
画素電極１４０は、有機膜１２５上に配置され、透明な導電性物質を含む。画素電極１４０は、コンタクトホール１５０を通じてドレイン電極１１８ｂと電気的に連結される。画素電極１４０は、透明な導電性物質であるインジウムすず酸化物ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物ＩＺＯ、亜鉛酸化物などを含む。このとき、反射率が高い物質を有する反射電極を含むことができる。また、画素電極１４０を透明な導電性物質を有する透明電極上に配置してもよく、及び前記透明電極上に配置された反射率が高い反射電極を含むこともできる。
【００５０】
カラーフィルター基板２００は、透明基板２０１、遮光層２１０、色画素パターン２２０Ｒ、２２０Ｂ及び透明電極層２３０を含む。
【００５１】
遮光層２１０は、透明基板２０１の上（図２においては下面として表示）に配置され、漏洩する光を遮断する。遮光層２１０は、透明基板２０１を画素領域と遮光領域とに分ける。
【００５２】
色画素パターン２２０Ｒ、２２０Ｂは、遮光層２１０によって画定される遮光領域に配置される。色画素パターン２２０Ｒ、２２０Ｂは、入射光に応答して固有の色を発現するカラーフィルターを含む。勿論、色画素パターンは、赤色Ｒ、緑色Ｇ、及び青色Ｂを含む。
【００５３】
コモン電極２３０は、アレイ基板１００の画素電極１４０に対応する電極で、共通電圧が印加される。これにより、画素電極１４０を第１電極にし、コモン電極２３０を第２電極にする液晶キャパシタが画定される。遮光層２１０と色画素パターン２２０Ｒ及び２２０Ｂ上に、色画素パターン２２０Ｒ及び２２０Ｂを平坦化する平坦化膜または保護膜役割を遂行する平坦化層を形成することができる。
【００５４】
液晶層３００は、アレイ基板１００の画素電極１４０とカラーフィルター基板２００のコモン電極２３０によって印加される電圧の強度に対応して液晶分子の配列角を変化させ、画像を表示する。
【００５５】
図３ないし図８は本発明の一実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【００５６】
図３に示すように、透明基板４０１の所定領域上に無電解メッキ法で第１及び第２金属膜４１１及び４３１を形成する。以下、第１及び第２金属膜４１１及び４３１は銅を含むものとして説明する。
【００５７】
図９は本発明の一実施形態による金属配線を形成するための工程を示す流れ図である。
【００５８】
図３及び図９に示すように、無電解メッキ法は前処理工程と金属膜成長工程を含む。前処理工程は、洗浄工程Ｓ１００、エッチング工程Ｓ２００、感応化処理工程Ｓ３１０及び活性化処理工程Ｓ３３０で構成される。
【００５９】
洗浄工程Ｓ１００を通じて、透明基板４０１を脱イオン水ＤＩＷ溶液に浸漬して透明基板４０１の表面に付着している高分子などの不純物を除去する。
【００６０】
以後、エッチング工程Ｓ２００を通じて、透明基板４０１を添加剤を含むエッチング液に浸漬し、透明基板４０１をエッチングする。エッチング液はフッ化水素ＨＦ、フッ化アンモニウムＮＨ４Ｆ、水酸化ナトリウムＮａＯＨ、または水酸化カリウムＫＯＨを含むことができる。この場合、添加剤は塩化ナトリウムＮａＣｌを含む。エッチング工程Ｓ２００を通じて、銅が吸着される透明基板４０１の表面粒子が小さくなって、銅の透明基板４０１に対する吸着力が向上される。
【００６１】
図１０はエッチング液の種類及び添加剤の濃度による表面粗さを測定した図面であり、図１１はエッチング液の種類及び添加剤の濃度によるスクラッチテスト（ｓｃｒａｔｃｈ  ｔｅｓｔ）結果を示す図面であり、図１２はエッチングの種類及び添加剤の濃度による引張テスト（ｐｕｌｌｉｎｇ  ｔｅｓｔ）結果を示す図面である。
【００６２】
実験の条件として、試片をテープキャスティングした約５ｃｍ×５ｃｍ×０．５ｃｍ程度の大きさ及び約９６％程度の純度を有するアルミナＡｌ２Ｏ３を使用して形成し、エッチング液として、フッ化水素ＨＦ、フッ化アンモニウムＮＨ４Ｆ、水酸化ナトリウムＮａＯＨまたは水酸化カリウムＫＯＨのうち、選択されたいずれか一つを用い、エッチング時間を約１５分程度とし、添加剤として塩化ナトリウムＮａＣｌを用いた。前記条件でエッチングした後、平均厚さ約１０μｍの無電解銅メッキ膜を形成して粗さテスト、スクラッチテスト及び引張テストを実施した。
【００６３】
図１０、図１１及び図１２に示すように、水酸化ナトリウム４００ｇ/ｌ溶液と水酸化ナトリウム１００ｇ/ｌに塩化ナトリウム１００ｇ/ｌを添加したエッチング液が最も表面が粗く、その試片との密着力が１８Ｎ程度と最も高いことがわかる。
【００６４】
また、水酸化ナトリウム４００ｇ/ｌに少量の塩化ナトリウムを添加した場合にも密着力が急激に減少した。これはエッチング効果を大きくするために添加した塩化ナトリウムの塩素イオンＣｌ−が水酸化イオンＯＨ−と共に溶液内に過剰に存在することによって却ってエッチング効果を阻害するものと考えられる。
【００６５】
以後、金属塩化物酸溶液に透明基板を浸漬し、透明基板の表面にイオンＳｎ２＋を吸着させる感応化処理（ｓｅｎｓｉｔｉｚｉｎｇ）工程を実施する。本実施形態において、塩化第１錫１０ｇ/ｌ及び塩酸３０ｍｌ/ｌの組成を有する水溶液に試片を常温で約１ないし２分間浸漬して錫イオンを試片の表面に吸着させた後、水の中に浸漬させて撹拌した後、水から離脱させる。感応化処理工程の円滑な遂行を補助するために、試片の表面を親水性状態に形成する必要があり、試片の表面に約１０秒程度、超音波を与えてもよい。
【００６６】
感応化処理工程は後続する核の付着を容易にするための工程であり、錫イオンの吸着の後、撹拌するのは錫イオンの均一な付着のために不純物などを除去するためである。
【００６７】
感応化処理工程の後、金属塩化物を含む水溶液に前記試片を浸漬して、試片の所定領域に核を成長させる活性化処理工程を実施する。本実施形態において、塩化パラジウムＰｄＣｌ２０．３ｇ/ｌ及び塩酸３０ｍｌ/ｌの組成を有する水溶液に常温で約１ないし２分間浸漬して、下記の反応式に該当する反応を起こす。
【００６８】
【化１】
2006128595.tif 000003
【００６９】
以後、水剤を通じてＳｎ４＋を除去して試片の錫イオンが付着された表面にパラジウムＰｄの核のみを付着させる。パラジウムＰｄは原子番号４６、原子量１０６．４、比重１２．０２及び融点１５５２℃の金属として、化学的に安定で、白金族で最も廉価であり、無電解メッキ工程で幅広く使用されている元素である。
【００７０】
感応化処理工程と活性化処理工程は、後続するメッキ工程のうち、試片の表面にＳｎ（ＯＨ４）が残留して、試片表面が粗いという問題を有する。このような問題に起因して所定の表面加工工程が追加的に要求される。従って、感応化処理工程と活性化処理工程の代りに触媒／促進剤処理（ｃａｔａｌｙｓｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）工程を実施することができる。
【００７１】
触媒／促進剤処理工程は、触媒液である塩化パラジウムＰｄＣｌ２０．５ｇ/ｌ、塩化錫ＳｎＣｌ２２５ｇ/ｌ、塩酸３０ｍｌ/ｌを含むＰｄＣｌ２−ＳｎＣｌ２−ＨＣｌ混合液に浸漬して処理する。以後、水剤処理して吸着塩を加水分解しＳｎ（ＯＨ）Ｃｌである２価錫イオン、４価錫イオン及びパラジウム塩が共存するようになる。以後、塩酸１００ｍｌ/ｌを含む促進剤で約５分間進行させて沈殿した第１及び第２錫塩を除去して、前もって錯イオンで離脱されたＰｄ２＋イオンがＳｎ２＋イオンと反応してＰｄ金属とＳｎ４＋を形成する。以後、水剤工程を通じて、２価及び４価の錫塩を除去する。
【００７２】
触媒／促進剤処理工程はパラジウムの消耗が多いので生産費が増加するという問題点がある。
【００７３】
図１３は感応化処理−活性化処理工程と触媒／促進剤処理工程による密着力テスト結果を示す図面である。
【００７４】
図１３に示すように、実験条件は感応化処理−活性化処理工程及び触媒／促進剤処理工程条件と同一である。実験結果、感応化処理−活性化処理工程を介しての銅メッキが触媒／促進剤処理工程を介しての銅メッキより、試片に対する高い密着力を有する。従って、感応化処理−活性化処理工程を介して銅膜が試片に対する高い接着力を有することがわかる。
【００７５】
銅メッキの選択性を確認するために、前処理工程を活性化処理工程、感応化処理−活性化処理工程または触媒／促進剤処理工程の三つに分けてエチレンジアミン四酢酸（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｄｉ−ａｍｉｎｅ  Ｔｅｔｒａ−ａｃｅｔｉｃ  Ａｃｉｄ：ＥＤＴＡ）または、ロッシェル塩の錯化剤によって銅メッキ付着の可否を確認した。その結果を下記の表１に示す。
【００７６】
【表１】
2006128595.tif 000004
【００７７】
表１に示すように、活性化処理工程の後メッキした結果、錯化剤に関係なくメッキ反応が全然生じず、感応化処理−活性化処理工程及び触媒／促進剤処理工程の後、銅メッキが可能であることが確認できた。
【００７８】
続いて、無電解メッキ液に基板を浸漬する無電解メッキ工程で銅蒸着領域に銅膜を形成する。
【００７９】
無電解メッキ工程は、銅イオンを含む溶液中で、還元剤によって試片上に金属が還元析出し、還元剤が酸化されるときに放出される電子を金属イオンが受け入れて還元されながら試片上に析出される原理を用いたものである。
【００８０】
無電解メッキ液は、還元剤と銅イオン供与体を含む。還元剤はメッキされる金属イオンに電子を供与して金属イオンを金属に還元させる。ここで、還元剤は、ホルムアルデヒドＨＣＨＯなどのアルデヒド系列の物質を含む。
【００８１】
銅イオン供与体は２価イオンである硫酸銅ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む。硫酸銅が解離され、基板に銅イオンを供与するようになる。
【００８２】
無電解メッキ液は、錯化剤、ｐＨ調整剤または安定剤をさらに含むことができる。錯化剤はロッシェル塩またはＥＤＴＡを含むことができる。錯化剤は、銅金属の沈殿を防止する役割する。ｐＨ調整剤は、ＮａＯＨなどの濃度を変化させ無電解メッキ液をｐＨを調節する。安定剤は、メッキする表面の他にも還元反応、即ち、メッキ液の自然分解などを抑制し、メッキ液の老化に起因する沈殿物及び還元剤と反応して水素ガスが発生することを防止する。
【００８３】
図１４はロッシェル塩を錯化剤にして、ｐＨと温度の変化によるメッキ速度を示す図面である。実験条件は硫酸銅（ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ）１０ｇ/ｌ、ホルムアルデヒドＨＣＨＯ１０ｍｌ/ｌ、ロッシェル塩４０ｇ/ｌ、水酸化ナトリウムのｐＨ調整剤を含む無電解メッキ液を用いる。実験は液温３０℃ないし５０℃程度、ｐＨ約１２ないし１３の範囲によるメッキ速度を測定する。
【００８４】
図１４に示すように、ロッシェル塩の温度とｐＨが増加するにつれてメッキ速度は増加するが、１μｍ以上のメッキ厚さを得ることができないので、２ないし３μｍ以上の厚さを要求する下部電極要件を満足することができなかった。また、溶液が非常に不安定で温度とｐＨの変化に敏感に分解した。
【００８５】
図１５はＥＤＴＡを錯化剤にしてｐＨと温度の変化によるメッキ速度を示す図面である。実験条件は銅イオン供与体である硫酸銅（ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ）１０ｇ/ｌ、還元剤のホルムアルデヒドＨＣＨＯ１０ｍｌ/ｌ、錯化剤のＥＤＴＡ４０ｇ/ｌ、ｐＨ調整剤の水酸化ナトリウムを含む無電解メッキ液を用いる。実験は約２５ないし３５℃の温度及びｐＨ１２ないし１３の範囲によるメッキ速度を測定した。
【００８６】
図１５に示すように、ｐＨ１２でのメッキ速度は温度が上昇しても一定であり、ｐＨ１２．５以上ではメッキ速度は温度が上昇するにつれて増加した。ｐＨ１３でのメッキ速度は温度が上昇するほど増加したが、電解メッキ液の分解または急激に増加する不反応が発生した。従って、ｐＨ１２．５の条件が最も適合することが確認できた。
【００８７】
図１６及び図１７は、それぞれ銅メッキを含む透明基板のＸ線回折ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンを示す図面である。図１６は錯化剤としてＥＤＴＡを用い、ｐＨ１２．５及び５０℃の温度条件で蒸着した銅金属を含む試片に関し、図１７は錯化剤としてロッシェル塩を用い、ｐＨ１２．５及び２５℃の温度条件で蒸着した銅金属を含む試片に関する。
【００８８】
図１６及び図１７に示すように、錯化剤の種類に関係なく、銅メッキに化合物や不純物が含まれていない。従って、銅メッキの抵抗特性は錯化剤の種類に関係ない。
【００８９】
続いて、図４に示すように、蒸着された第１金属膜４１１と第２金属膜４３１の上面と側面をカバーするようにスパッタリング工程で第１障壁層４１３及び第２障壁層４３３を蒸着する。
【００９０】
スパッタリング工程は主にＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて酸素ガスの分圧、工程温度、熱処理などの条件を調節して遂行される。
【００９１】
まず、透明基板４０１をアセトン、メタノール、脱イオン水の順に超音波洗浄をし、水を除去した後、透明基板４０１を約６ないし１０torr以下の圧力を有するチャンバー内に固定する。以後、アルゴンガス、酸素Ｏ２ガスをチャンバー内に注入して、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３（５重量％）のターゲット物質を用いて透明基板４０１にＳｎＯ２からなる第１及び第２障壁層４１３、４３３を形成する。以後、第１及び第２障壁層４１３、４３３が形成された透明基板４０１をアニーリングする。
【００９２】
図５に示すように、続いてゲート電極４１４、ゲート線（図示せず）、蓄積容量素子の第１電極４３４が形成された透明基板４０１上にシリコン窒化物を蒸着してゲート絶縁膜４０５を形成する。
【００９３】
図５に示すように、ゲート絶縁膜４０５上にアモルファスシリコンを蒸着する。続いて、蒸着されたアモルファスシリコン上にＮ＋型不純物をイオン注入してアモルファスシリコン層４１６ａ及びアモルファスシリコン層４１６ａの上部に配置されたＮ＋アモルファスシリコン層４１６ｂを含むアクティブ層４１６を形成する。以後、アクティブ層４１６の一部をエッチングしてゲート電極４１４に対応するゲート絶縁膜４０５上にアモルファスシリコン層４１６ａ及びＮ＋アモルファスシリコン層４１６ｂを含む半導体層４１６を含むパターンを形成する。
【００９４】
続いて、半導体層４１６のパターンが形成されたゲート絶縁膜４０５上に金属を蒸着する。このとき、金属は銅を含むことができる。銅をゲート絶縁膜４０５上に配置することは前述した銅を含むゲート電極４１４の形成方法で詳細に説明したので、省略する。
【００９５】
図６に示すように、半導体層４１６のパターン、データ線、ソース電極４１８ａ及びドレイン電極４１８ｂが形成されたゲート絶縁膜４０５上に無機絶縁物質を塗布してパッシベーション膜４２０を形成する。パッシベーション膜４２０は薄膜トランジスタ４１０を保護し、シリコン窒化物を含む。以後、パッシベーション膜４２０上に有機物を塗布する。
【００９６】
図７に示すように、エッチング工程でドレイン電極（第２電極）４１８ｂの一部を露出させるコンタクトホール４５０を有する有機膜４２５を形成する。
【００９７】
続いて、有機膜４２５及びコンタクトホール４５０の内面上に透明な導電性物質を蒸着する。以後、フォトリソグラフィ工程を用いて蒸着された透明な導電性物質の一部を除去して画素電極４４０を形成する。
【００９８】
こうして、透明基板４０１、薄膜トランジスタ４１０、蓄積容量素子４３０、データ線、ゲート線、パッシベーション膜４２０、有機膜４２５、及び画素電極４４０を有する第２基板４００が完成する。
【００９９】
続いて、図８に示す上部基板２０１の上（図８では下面として表示）に不透明な物質を蒸着する。以後、不透明な物質の一部を除去してブラックマトリックス２１０を形成する。このとき、不透明な物質及びフォトレジストを上部基板２０１上に塗布した後、フォト工程を用いてブラックマトリックス２１０を形成することもできる。フォト工程は露光工程及び現象工程を含む。このとき、ブラックマトリックス２１０を第２基板４００（下部プレート）上に形成することもできる。
【０１００】
以後、ブラックマトリックス２１０が形成された上部基板２０１の上（図８では下面として表示）にカラーフィルター２２０を形成する。このとき、ブラックマトリックス２１０及びカラーフィルター２２０が形成された上部基板２０１にオーバーコーティング層（図示せず）を形成することもできる。
【０１０１】
続いて、ブラックマトリックス２１０及びカラーフィルター２２０が形成された上部基板２０１上に透明な導電性物質を蒸着してコモン電極２３０を形成する。このとき、コモン電極２３０の図８では下面となる面上にスペーサ（図示せず）を形成することもできる。
【０１０２】
こうして、上部プレート２０１、ブラックマトリックス２１０、カラーフィルター２２０及びコモン電極２３０を含む第１基板２００が形成される。
【０１０３】
続いて、第１基板２００と第２基板４００との間に液晶を注入し、シーラント（図示せず）によって密封して液晶層３００を形成する。このとき、先にシーラントを形成し、た第１基板２００または第２基板４００上に液晶を滴下した後、第１基板２００及び第２基板４００を互いに対向するように結合させて液晶層３００を形成することもできる。
【０１０４】
本実施形態によると、銅を含むゲート電極、ゲート線及び蓄積容量素子線を無電解メッキ法で蒸着することで、ガラス基板と銅を含む金属層の接着力問題を解決することができる。また、障壁層を形成することによって、銅の拡散を防止し金属層の低い抵抗を保持することができる。
【０１０５】
前述した本発明によると、金属を含む金属配線及び金属配線上の障壁層を形成して銅原子の拡散を防止することができる。
【０１０６】
また、無電解メッキ法を用いて金属層を形成することで、ガラス基板と金属層との接着力を向上させることができる。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるアレイ基板の部分平面図である。
【図２】図２は、図１のアレイ基板を含む表示パネルをＩ−Ｉ’線に切断した断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態による液晶表示装置の形成方法を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による金属配線を形成するための工程を示す流れ図である。
【図１０】図１０は、エッチング液の種類及び添加剤の濃度による表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、エッチング液の種類及び添加剤の濃度によるスクラッチテストの結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、エッチング液の種類及び添加剤の濃度による引張テスト（ｐｕｌｌｉｎｇ  ｔｅｓｔ）の結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、感応化処理−活性化処理工程と触媒／促進剤（ｃａｔａｌｙｓｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）工程による密着力テストの結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、ＥＤＴＡ溶液を錯化剤にしてｐＨを変えた場合のメッキ速度と温度との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、ロッシェル塩を錯化剤にしてｐＨを変えた場合のメッキ速度と温度との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、銅メッキを含む透明基板のＸ線回折ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンを示すグラフである。
【図１７】図１７は、銅メッキを含む透明基板のＸ線回折ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
１００、４００      アレイ基板（第２基板）
１１０、４１０      スイッチング素子
１１１、４１１      第１金属層
１１３、４１３      第１障壁層
１１４、４１４      ゲート電極
１１８ａ、４１８ａ      ソース電極（第１電流電極）
１１８ｂ、４１８ｂ      ドレイン電極（第２電流電極）
１２０、４２０      パッシベーション膜
１２５、４２５      有機膜
１３０、４３０      蓄積容量素子
１３１、４３１      第２金属層
１３３、４３３      第２障壁層
１３４、４３４      キャパシタ第１電極
１３５、４３５      キャパシタ第２電極
１４０、４４０      画素電極
１５０、４５０      コンタクトホール
２００      カラーフィルター基板（第１基板）
２１０      遮光領域（ブラックマトリックス）
２２０Ｂ、２２０Ｒ      カラーフィルター
３００      液晶層
【図１】
2006128595.tif 000005
【図２】
2006128595.tif 000006
【図３】
2006128595.tif 000007
【図４】
2006128595.tif 000008
【図５】
2006128595.tif 000009
【図６】
2006128595.tif 000010
【図７】
2006128595.tif 000011
【図８】
2006128595.tif 000012
【図９】
2006128595.tif 000013
【図１０】
2006128595.tif 000014
【図１１】
2006128595.tif 000015
【図１２】
2006128595.tif 000016
【図１３】
2006128595.tif 000017
【図１４】
2006128595.tif 000018
【図１５】
2006128595.tif 000019
【図１６】
2006128595.tif 000020
【図１７】
2006128595.tif 000021