(57)【要約】      （修正有）【課題】Ａｌ系合金からなる配線回路と透明電極とが直接接合された素子に関し、配線回路への腐食などのダメージを極力抑制し、信頼性の高い素子を実現可能とする製造技術を提供する。【解決手段】透明電極と、該透明電極に直接接合されるＡｌ系合金からなる配線回路とを備えた素子の接合構造において、配線回路側面のテーパ角度が２０°〜７５°であるものとした。このＡｌ系合金は、Ａｌ−Ｎｉ系合金であることが好ましく、さらにＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金であることがより好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と、該透明電極に直接接合されるＡｌ系合金からなる配線回路とを備えた素子の接合構造において、
配線回路側面のテーパ角度が２０°〜７５°であることを特徴とする素子の接合構造。
【請求項２】
テーパ角度が３５°〜６０°である請求項１に記載の素子の接合構造。
【請求項３】
Ａｌ系合金は、Ａｌ−Ｎｉ系合金である請求項１または請求項２に記載の素子の接合構造。
【請求項４】
Ａｌ−Ｎｉ系合金は、０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％のＮｉを含有する請求項３に記載の素子の接合構造
【請求項５】
Ａｌ−Ｎｉ系合金は、Ｂをさらに含有する請求項３または請求項４に記載の素子の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイなどの表示装置を構成する素子の接合構造に関し、特に、配線回路材料としてＡｌ系合金を用いた素子の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに代表される薄型テレビなどの表示デバイスには、その構成材料としてアルミニウム（以下、単にＡｌと記載する場合がある）系合金が広く普及している。これは、Ａｌ系合金により形成した配線回路が、その比抵抗値が低いことや、加工性が良好などの理由による。
【０００３】
例えば、アクティブマトリックスタイプの液晶ディスプレイの場合、スイッチング素子としての薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略称する）は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）或いはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極（以下、透明電極層と称する場合がある）と、Ａｌ系合金により形成された配線回路（以下、配線回路層と称する場合がある）とから素子が構成される。このような素子では、Ａｌ系合金の配線回路が、透明電極と接合する部分や、ＴＦＴ内におけるｎ＋−Ｓｉ（リンドープの半導体層）と接合する部分が存在する。
【０００４】
上述のような素子を構成する場合、Ａｌ系合金の配線回路に生成しやすいアルミニウム酸化物の影響を考慮し、配線回路層と透明電極層との間に、モリブデン（Ｍｏ）やチタニウム（Ｔｉ）などの高融点金属材料を、いわゆるキャップ層として形成する技術がある。また、ｎ＋−Ｓｉのような半導体層と配線回路との接合においても、製造工程中の熱プロセスにより、ＡｌとＳｉとが相互拡散することを防止すべく、半導体層と配線回路層との間に、上記キャップ層と同じモリブデン（Ｍｏ）やチタニウム（Ｔｉ）などの高融点金属材料を介在させるようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】内田龍男  編著，「次世代液晶ディスプレイ技術」，初版，株式会社  工業調査会，１９９４年１１月１日，ｐ．３６−３８
【０００５】
このようなキャップ層を介在させた素子構造では、素子構造が自ずと複雑になり、生産コストの増加に繋がる傾向となる。そのため、最近では、キャップ層を省略し、Ａｌ系合金の配線回路と透明電極層との直接接合が可能となる、表示デバイス構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００４−２１４６０６号公報
【特許文献２】特開２００３−８９８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この特許文献１や特許文献２では、Ａｌ系合金の組成や組織を改善することにより、透明電極との直接接合を実現したものであるが、キャップ層を省略した場合の素子の製造条件に関する検討は十分になされていない。具体的には、ＴＦＴなどの素子を製造する場合、配線回路層の上部にはＳｉＮｘによる絶縁層が設けられるが、従来のようにキャップ層を介在させた場合には、キャップ層自体が配線回路層を保護する役目もしているため、絶縁層自体に欠陥が生じた場合であっても、特段の問題が生じなかった。しかし、キャップ層を省略して、配線回路層の上に直接絶縁層を形成する場合にあっては、絶縁層に亀裂などの欠陥が存在すると、その亀裂からエッチング液などの薬液が染み込み、Ａｌ系合金の配線回路層を侵食することが懸念されるのである。例えば、配線回路層と透明電極層との直接接合部分において、エッチング液などの薬液により配線回路層が溶解されると、接合抵抗の上昇を引き起こすことが考えられる。
【０００７】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、Ａｌ系合金の配線回路層と透明電極層とを直接接合させる素子構造において、素子の製造過程で懸念される、エッチング液による配線回路の侵食などのダメージを極力抑制し、信頼性の高い素子を実現できる素子構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明は、透明電極と、該透明電極に直接接合されるＡｌ−Ｎｉ系合金からなる配線回路と、を備えた素子の接合構造において、配線回路側面のテーパ角度が２０°〜７５°であるものとした。
【０００９】
本発明に係る素子の接合構造では、テーパ角度が３５°〜６０°であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る素子の接合構造では、Ａｌ系合金がＡｌ−ＮＩ系合金であることが好ましく、このＡｌ−Ｎｉ系合金の場合、０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％のＮｉを含有することが好ましい。
【００１１】
また、このＡｌ−Ｎｉ系合金は、Ｂ（ホウ素）をさらに含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ａｌ系合金からなる配線回路のエッチング液などの薬液による侵食を極力抑制でき、信頼性の高い素子を製造できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明における最良の実施形態について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本実施形態における素子では、透明電極に直接接合されるＡｌ−Ｎｉ系合金からなる配線回路とを備えた素子の接合構造において、配線回路の側面のテーパ角度が２０°〜７５°とされたものである。
【００１５】
本実施形態における素子は、主に５マスクプロセスにより形成されるＴＦＴ素子である。より具体的には、ガラス基板上にＡｌ−Ｎｉ系合金をスパッタリングにより成膜し、その後、フォトリソによりゲート配線・電極を形成する。その上に、ゲート絶縁膜、半導体膜（アモルファスのｉ−Ｓｉ、ｎ＋−Ｓｉ）を連続して成膜する。その後、半導体層部分のみフォトリソを行い、ＴＦＴとなる必要部にアイランドを形成する。
【００１６】
その上に、ソース／ドレイン用のＡｌ系合金をスパッタリングにより成膜し、フォトリソによりＳ／Ｄ配線及び電極を形成する。チャネル部となる箇所のｎ＋−Ｓｉのみドライエッチングにより除去する。その上から、ＳｉＮｘの絶縁層を成膜し、ドレイン電極部上に画素電極（透明電極）をコンタクトさせる為の、コンタクトホールをドライエッチングにより形成する。その上から、透明電極層をスパッタリングにより成膜し、画素電極をフォトリソにより形成して、ＴＦＴを作製するのである。
【００１７】
そして、上記したようなＴＦＴ素子の製造において、本発明では、Ａｌ系合金により形成される配線回路の側面におけるテーパ角度は、２０°〜７５°とするものであるが、２０°未満であると、配線回路幅を狭くできなくなり、細線化回路の形成が困難となる。他方、テーパ角度が、７５°より大きくすると、配線回路上にＳｉＮｘの絶縁層を直接形成した際に、絶縁層に亀裂が発生することになり、そのような絶縁層の欠陥からエッチング液などの薬液が浸透して、配線回路を侵食する現象が生じる傾向となる。
【００１８】
尚、本発明におけるテーパ角度とは、図１の示すように、配線回路断面の底角側の角度（θ）である。具体的には、パターニング後の台形状の配線回路断面において、下底の一端（Ａ）から上底の一端（Ｂ）より降ろした垂線まで距離ａと、膜厚ｂとから、ｂ／ａ＝ｔａｎθによりテーパ角度θを決定した。
【００１９】
このテーパ角度は、３５°〜６０°とすることがより好ましい。６０°以下にすると、ＳｉＮｘの絶縁層に、亀裂が発生することが確実に防止できるものとなる。また、３５°未満であると、細線化する際の加工がやや難しくなる傾向となるため、実用的には３５°〜６０°のテーパ角度が有効と考えられる。但し、カバレッジがよいＣＶＤにより絶縁層を形成する場合にあっては、テーパ角度が６０°を超えても実用的な素子とすることができる場合がある。
【００２０】
また、本発明に係る素子の場合、Ａｌ系合金は、Ａｌ−Ｎｉ系合金であることが好ましいが、その中でもＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金であることがより望ましい。Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金は、透明電極との直接接合特性に優れ、比抵抗値が低く、耐熱性などの配線回路特性に優れるからである。Ａｌ−Ｎｉ系合金のＮｉ含有量は、０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％であることが好ましい。また、Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金の場合は、Ｎｉ含有量は、０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％、Ｂ含有量が０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％であることが好ましい。このような組成にすることで、半導体層との接合の際に使用されている、Ｍｏなどのキャップ層を省略することが可能となる。さらに、テーパ角度の値を小さくする場合には、Ｎｉ含有量を３．０ａｔ％〜６．０ａｔ％、Ｂ含有量を０．２ａｔ％〜０．４ａｔ％とすることが好ましい。また、Ａｌは、７５ａｔ％以上含有していることが低抵抗の配線回路を形成できる観点から好ましい。
【実施例】
【００２１】
続いて、本発明の実施例について説明する。ここでは、Ａｌ系合金として、Ａｌ−５．０ａｔ％Ｎｉ−０．４ａｔ％Ｂ合金を用いて、テーパ角度を変化させた配線回路を形成した場合を例とした。特性評価としては、配線回路のテーパ角度を変化した際の透明電極との接合抵抗、ＳｉＮｘ絶縁層との接合状態（素子の良品率）について調査した。
【００２２】
特性評価を行った各評価サンプルは、次のような手順により作製した。まず、ガラス基板上に、前記組成のＡｌ合金ターゲットを用い、スパッタリング条件を、投入電力３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ２、アルゴンガス流量１００ｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａとしてマグネトロン・スパッタリング装置を用い、厚み３０００Åの配線回路層を形成した。そして、配線回路層表面にレジスト（ＴＦＲ−９７０：東京応化工業（株）社製／塗布条件：スピンコーター３０００ｒｐｍ、ベーキング後レジスト厚１μｍ目標）を被覆し、プリベーキング処理（１１０℃、１．５分間）を行った。尚、Ａｌ―Ｎｉ系合金については、回路形成のパターニング前には熱処理を行わないことが望ましく、熱処理を行う場合には、真空中或いは不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましい。
【００２３】
そして、２０μｍ幅回路形成用パターンフィルムを配置して露光処理（マスクアナイラー  ＭＡ−２０：ミカサ（株）社製／露光条件１５ｍＪ／ｃｍ２）を行った。続いて、濃度２．３８％、液温２３℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（以下、ＴＭＡＨ現像液と略す）で現像処理をした。現像処理後、ホットプレートによりポストベーキング処理（１００℃、３分間）を行い、リン酸系混酸エッチング液（関東化学（株）社製）により回路形成を行った。各評価サンプルの配線回路は、このポストベーキング処理条件、リン酸系混酸エッチング液の組成を調整することにより、そのテーパ角度を変化させた（具体的には、表１に示すように、テーパ角度を１０°〜８５°まで変化させた配線回路を有する評価サンプルを９種類作製した）。
【００２４】
エッチング処理後、剥離液（ＳＴ１０６：東京応化工業（株）社製）によりレジストの除去を行った。
【００２５】
その後、純水洗浄、乾燥処理を行い、その表面にＳｉＮｘの絶縁層（厚み４２００Å）を形成した。この絶縁層の成膜は、スパッタリング装置を用い、投入電力ＲＦ３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ２、アルゴンガス流量９０ｃｃｍ、窒素ガス流量１０ｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度３００℃のスパッタリング条件により行った。
【００２６】
続いて、絶縁層表面にポジ型レジスト（東京応化工業（株）社製：ＴＦＲ−９７０）を被覆し、１０μｍ×１０μｍ角のコンタクトホール開口用パターンフィルムを配置して露光処理をし、ＴＭＡＨ現像液により現像処理をした。そして、ＣＦ４またはＳＦ６のドライエッチングガスを用いて、コンタクトホールを形成した。コンタクトホール形成条件は、ＣＦ４ガスの場合、ＣＦ４ガス流量５０ｃｃｍ、酸素ガス流量５ｃｃｍ、圧力４．０Ｐａ、出力１５０Ｗであり、ＳＦ６ガスの場合、ＳＦ６ガス流量６０ｃｃｍ、酸素ガス流量５ｃｃｍ、圧力４．０Ｐａ、出力１２５Ｗとした。コンタクトホール形成後、剥離液（ＳＴ１０６：東京応化工業（株）社製）を用いてレジストの除去を行った。
【００２７】
レジストの剥離処理を行った評価サンプルついては、イソプロピルアルコールを用いて残存剥離液を除去した後、水洗、乾燥処理を行った。
【００２８】
そして、このレジストの剥離処理が終了した各評価サンプルに対し、ＩＴＯターゲット（組成Ｉｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２）を用いて、コンタクトホール内及びその周囲にＩＴＯの透明電極層を形成した。透明電極層の形成は、スパッタリング（基板温度２５０℃、投入電力１．８Ｗａｔｔ／ｃｍ２、アルゴンガス流量８０ｃｃｍ、酸素ガス流量１．９ｃｃｍ、圧力０．３７Ｐａ）を行い、厚み５００Åの結晶化したＩＴＯ膜とした。
【００２９】
このＩＴＯ膜表面にレジスト（東京応化工業（株）社製：ＴＦＲ−９７０）を被覆し、パターンフィルムを配置して露光処理をし、濃度２．３８％、液温２３℃のＴＭＡＨ現像液で現像処理をし、塩硝酸系エッチング液（ＩＴＯ０２Ｎ：関東化学（株）社製）により２０μｍ幅回路の形成を行った。エッチング時間は３分間とした。ＩＴＯ膜回路形成後、剥離液（ＳＴ１０６：東京応化工業（株）社製）によりレジストを除去した。
【００３０】
以上のような手順により、コンタクトホールを介してＡｌ−Ｎｉ系合金の配線回路層と透明電極層とが直接接合された評価サンプルについて、その接合抵抗値を測定した。この接合抵抗値の測定法は、図２に示すような四端子法に基づき、評価サンプルである素子を大気中、２５０℃、３０ｍｉｎのアニール処理後、各評価サンプルの抵抗値測定を行った。
【００３１】
また、素子の良品率について、各評価サンプルの断面を観察し、配線回路と絶縁層との接合状態を確認することにより、その良否を判断した。そして、良品率は、評価サンプルに作製した全素子数６４個のうち、接合抵抗値が測定可能であった素子数をカウントし、その割合を算出することにより特定した。各テーパ角度の評価サンプルについて結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
また、図３及び図４には、評価サンプルの断面観察を行った代表写真を示す。図３は、テーパ角度２０°のサンプルであり、図４はテーパ角度８５°のサンプルの場合である。この断面観察は、評価サンプルをＦＩＢ（集束イオンビーム）により断面加工をし、その断面のＳＩＭ像（イオン励起２次電子像）を撮ったものである。図３及び図４においては、写真下側の黒色部分がガラス基板で、その上に配線回路、ＳｉＮｘ絶縁層、透明電極層が順次積層された状態を示している。
【００３４】
表１に示す結果より、テーパ角度が８５°の場合では、接合抵抗値が５０Ω／□１０μｍを大きく超えるものとなっていた。このように接合抵抗値が大きくなったのは、図４に示したように、配線回路上のＳｉＮｘ絶縁層に亀裂（配線回路の上端角部から発生）が発生しており、この部分からエッチング液などの薬液が浸入し、配線回路層を腐食し、透明電極との接合部分まで腐食が進行したためと考えられた。尚、接合抵抗値が５０Ω／□１０μｍ以下であることが素子特性として、実用上好ましいものと考えられる。
【００３５】
一方、テーパ角度７５°以下の場合については、接合抵抗値が５０Ω／□１０μｍより小さくなっていため、実用上問題ないものと考えられた。このようにテーパ角度が７５°以下の場合に接合抵抗値が小さくなったのは、図３に示したように、配線回路上のＳｉＮｘ絶縁層のカバレッジ状態が良好で、絶縁層自体に亀裂などの欠陥が発生していなく、薬液による配線回路の腐食などが生じなかったためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】テーパ角度の定義概念図。
【図２】四端子法による接合抵抗測定の概略図。
【図３】テーパ角度２０°の場合の断面観察写真。
【図４】テーパ角度８５°の場合の断面観察写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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