(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電解メッキによって形成されたニッケル(Ｎｉ)膜上に、金(Ａｕ)膜と銅(Ｃｕ)膜が順に積層された積層膜が無電解メッキによって積層されたメッキ膜構造の金属配線において、
上記ニッケル(Ｎｉ)膜のリン含有率ｘが、
１０ｗｔ％≦ｘ≦１５ｗｔ％
であり、
上記金(Ａｕ)膜の厚みｙが、
０.００５μｍ≦ｙ≦０.０５μｍ
であることを特徴とする金属配線。
【請求項２】
請求項１に記載の金属配線において、
上記メッキ膜の総厚みｚが、
０.２μｍ≦ｚ≦１μｍ
であることを特徴とする金属配線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属配線を走査線または信号線に用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の金属配線をゲート電極とし、このゲート電極上に、順次、ゲート絶縁膜,半導体膜,ソース・ドレイン電極が形成された構造を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするアクティブマトリクス型の表示装置。
【請求項６】
表示装置を構成するガラス基板上にドライバＬＳＩがＣＯＧ実装されており、請求項１または２に記載の金属配線を、上記ガラス基板上に形成される上記ドライバＬＳＩの入出力配線として用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
絶縁基板上に所定の配線形状を有する酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に選択的にメッキ触媒を付与する工程と、
上記酸化膜上に選択的に請求項１または２に記載の金属配線を成膜する工程とを、少なくとも備えたことを特徴とする金属配線の製造方法。
【請求項８】
絶縁基板上にメッキ触媒を含有する感光性材料を塗布する工程と、
光または紫外線照射により上記メッキ触媒を所定の配線形状に析出させる工程と、
請求項１または２に記載の金属配線を、上記触媒析出領域に選択的に成膜する工程とを少なくとも有することを特徴とする金属配線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置(ＬＣＤ),フィールドエミッション表示装置(ＦＥＤ),電気泳動表示装置(ＥＰＤ),プラズマ表示装置(ＰＤＰ),エレクトロクロミック表示装置(ＥＣＤ),エレクトロルミネッセント表示装置(ＥＬＤ)などのフラットパネルディスプレイや、アクティブマトリクス基板を用いたフラットパネル型イメージセンサ,セラミック基板を用いたプリント配線基板,その他各種の分野で用いられる金属配線およびその製造方法さらにはその金属配線を用いた薄膜トランジスタおよび表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶表示装置(ＬＣＤ)に代表されるフラットパネルディスプレイでは、一対の基板の間に液晶などの表示材料が挟持され、この表示材料に電圧を印加する駆動方式が採用される。ここで、少なくとも一方の基板には、導電材料から電気配線が配列されている。
【０００３】
例えば、アクティブマトリクス駆動型ＬＣＤの場合、表示材料を狭持する一対の基板の内、一方の基板(アクティブマトリクス基板)上には、ゲート電極とデータ電極がマトリクス状に配設されるとともに、その交差部毎に薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)と画素電極が配設されている。通常、このゲート電極やデータ電極はＴａ,Ａｌ,Ｍｏなどの金属材料から形成されており、スパッタ法などの乾式成膜法によって成膜されている。
【０００４】
ところで、このようなフラットパネルディスプレイにおいて、大面積化,高精細化を図ろうとした場合、駆動周波数が高まるとともに、電気配線の抵抗や寄生容量が増大することに起因して、駆動信号の遅延が大きな問題となってくる。
【０００５】
そこで、この駆動信号の遅延問題を解決するために、従来の配線材料であるＡｌ(バルク抵抗率２.７μΩ・ｃｍ)、α−Ｔａ(バルク抵抗率１３.１μΩ・ｃｍ)、Ｍｏ(バルク抵抗率５.８μΩ・ｃｍ)の代わりに、より電気抵抗の低いＣｕ(バルク抵抗率１.７μΩ・ｃｍ)を配線材料に用いる試みがなされている。例えば、「Low Resistance Copper Adress Line For TFT-LCD」(Japan Display '89 p.498-501)において、ゲート電極材料にＣｕを用いたＴＦＴ−ＬＣＤの検討結果が開示されている。この文献によれば、スパッタ法で成膜したＣｕ膜は、下地ガラス基板との密着性が悪いため、下地にＴａなどの金属膜を介在させることで密着性の向上を図る必要があることが明記されている。
【０００６】
しかしながら、上記のＣｕ配線構造は以下のような問題を抱えている。
【０００７】
すなわち、低抵抗化を目的としたＣｕ膜と、このＣｕ膜の密着性を向上させることを目的とした下地金属膜Ｔａの両者をスパッタなどの真空成膜装置で形成する場合、Ｃｕ膜と下地金属膜Ｔａに対して個別の成膜工程が必要となり、プロセスが増加し、コストアップにつながる。また、Ｃｕ膜と下地金属膜に対して、個別のエッチングプロセスが必要になり、プロセスが増加してコストアップにつながる。さらに、上記Ｃｕ配線構造では、ディスプレイの大面積化すなわち成膜面積の大面積化に伴い、真空成膜装置やエッチング装置の大型化が必要となるため、生産コストの増大を招いてしまう。
【０００８】
このため、真空成膜装置を必要とせず、安価な装置で成膜が可能な湿式メッキ技術によるＣｕ配線製造技術の確立が望まれている。
【０００９】
一方、スパッタ法等の真空成膜プロセスを使わずにメッキ成膜技術を用いてＣｕ配線を形成する方法が、特開平２−８３５３３に開示されている。ここでは、下地のＩＴＯ膜上に無電解メッキによって、順次、Ｎｉ膜とＡｕ膜を形成し、更にその上に無電解メッキによってＣｕ膜を形成する。これにより、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層構造の電気配線を実現している。
【００１０】
このような形成方法を採用する理由は、ＩＴＯ膜(酸化膜)表面に、メッキによってＣｕ膜を成膜しようとした場合、Ｃｕ膜だけでは十分な密着性が得られないので、Ｃｕ膜を成膜する前に下地と密着性の優れたＮｉ膜を介在させることが有効であるからである。
【００１１】
また、図８に示すように、この無電解Ｎｉ膜１０１の上に、直接に無電解Ｃｕメッキを行なうと、Ｎｉ膜１０１のピンホール１０３を通してＣｕメッキ液が浸透し、Ｎｉ膜１０１がガラス基板１０６上の下地ＩＴＯ膜１０５との界面から剥離するいわゆる「フクレ」不良が発生し易いといった問題が発生する。
【００１２】
そこで、特開平２−８３５３３では、Ｎｉ膜の厚みを、０.４μｍ以上に形成し、更に、置換メッキによって、Ｎｉ膜の表面に、厚さ０.１μｍ以上のＡｕ膜を形成した後、最後に、無電解メッキによってＣｕ膜を０.８μｍ以上の厚みで形成するといった方法を採用している。これにより、Ｎｉ膜のピンホールを無くしＣｕメッキ後のフクレ不良を解決している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した特開平２−８３５３３の構成では、上述のように、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜の総厚みが、必然的に１μｍ以上になってしまう。この特開平２−８３５３３では、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜を液晶表示装置(ＬＣＤ)の周辺端子部へ適用することを前提としていたため、メッキの総膜厚に対する制限が無く、メッキ膜の総厚みを１μｍ以上に形成しても何ら問題は生じなかった。
【００１４】
しかしながら、上述のＣｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜を、液晶表示装置(ＬＣＤ)の液晶パネル内に存在するバスライン(信号線や走査線)に適用しようとした場合には、次のような不具合が発生する。
【００１５】
すなわち、バスラインの段差が１μｍ以上ある場合、その段差部分が液晶層の配向状態に悪影響を与えることがある。また、上記メッキ配線上に別の配線が交差するデバイス構造を有する場合、その段差部分で上層の配線が断線不良を生じる確率が高くなる。
【００１６】
したがって、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜を液晶表示装置のバスラインに適用しようとした場合、メッキ膜の総厚みは、１μｍ以下、好ましくは０.５μｍ以下に抑えることが望まれる。なお、このとき、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ構造のメッキ配線では、Ｃｕ膜が配線の電気的性能を支配しているのに対し、Ｎｉ膜は下地との密着性を確保する役目を担っているに過ぎない。したがって、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜の総厚を薄くしようとした場合、配線の電気特性を保つためには、Ｎｉ膜を薄くすることが重要となる。
【００１７】
しかしながら、前記特開平２−８３５３３に記載の金属配線の場合、上述のように、フクレ不良を解決するために、Ｎｉ膜の厚みを０.４μｍ以上に設定しなければならず、このことが、メッキ総厚みを薄くしたいといった要求に対する大きな弊害になっていた。
【００１８】
そこで、この発明は、Ｎｉメッキ膜厚を薄くしても、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ膜の表面にフクレ不良が発生しない金属配線の構造を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の金属配線は、無電解メッキによって形成されたニッケル(Ｎｉ)膜上に、金(Ａｕ)膜と銅(Ｃｕ)膜が順に積層された積層膜が無電解メッキによって積層されたメッキ膜構造の金属配線において、
上記ニッケル(Ｎｉ)膜のリン含有率ｘが、
１０ｗｔ％≦ｘ≦１５ｗｔ％
であり、
上記金(Ａｕ)膜の厚みｙが、
０.００５μｍ≦ｙ≦０.０５μｍ
であることを特徴としている。
【００２０】
この発明は、次の実験事実に基いて発明された。
【００２１】
すなわち、次亜リン酸塩を還元剤に用いた一般的な無電解Ｎｉメッキの場合、析出膜は、一般に、Ｎｉ(ニッケル)とＰ(リン)の共析膜になるが、リンの含有率ｘが１０〜１５ｗｔ％のいわゆる高含リンタイプのＮｉ膜は、膜厚０.１μｍ以上の条件下で、緻密で平滑な膜を形成することが後述する実験によって判明した。これは、リンの含有率が８ｗｔ％以上になると、Ｎｉ膜がアモルファス状態で析出するため、結晶粒境界に発生するピンホールが発生し難いためと思われる。ただし、膜厚０.１μｍ未満の場合は、Ｎｉ膜の疎状態が顕著になるので膜質が良くない。
【００２２】
そして、この得られたＮｉ膜上に、Ｃｕ膜やＣｕ/Ａｕ膜を成膜しても従来のようなフクレ不良はほとんど発生しなかった。
【００２３】
したがって、本構造のＮｉ膜を用いることで、厚さ０.４μｍ未満のＮｉ膜を用いて、Ｃｕ/Ｎｉ構造や、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ構造のメッキ膜を形成することが可能になり、メッキ総厚の低減が容易になった。
【００２４】
また、本発明の金属配線は、上記Ａｕ膜の厚みｙが、０.００５μｍ≦ｙ≦０.０５μｍである。
【００２５】
この発明では、高含リンタイプのＮｉ膜を用いているから、表面が平滑で緻密なＮｉ膜が得られる。したがって、このＮｉ膜上に形成するＡｕ膜を、最薄で０.００５μｍまで薄くした。一方、プロセスマージンを考慮してＡｕ膜を０.００５μｍ以上に設定することも可能であるが、Ａｕメッキ液のコストを考慮すると、０.０５μｍ以下に抑制することが望ましい。この実施形態の金属配線によれば、総厚が薄く、段差が小さくなるから、液晶パネル内の信号線や走査線として採用することが可能となる。
【００２６】
また、一実施形態の金属配線は、上記メッキ膜の総厚みｚが、０.２μｍ≦ｚ≦１μｍ  である。
【００２７】
この実施形態では、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉのメッキ膜の総厚みｚを０.２μｍ以上に設定したので、Ｎｉ膜が最も薄い０.１μｍの場合でもＣｕ膜の厚みを、０.１μｍの厚みに確保できる。したがって、電気配線としての最低限の電気特性(シート抵抗値)を確保できる。
【００２８】
また、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜の総厚みを、１μｍ以下に設定したので、上記メッキ膜をＬＣＤのバスラインに用いた場合、上記バスラインの段差部分が液晶層の配向状態に与える影響を無くすことが可能になる。さらに、上記バスライン上に別の配線が交差するデバイス構造を有する場合でも、その段差部分で上層の配線が断線する確率を低減できる。
【００２９】
また、一実施形態の表示装置は、上記金属配線を、走査線または信号線に用いた。
【００３０】
したがって、この実施形態の表示装置によれば、真空成膜装置を必要とせず、安価な装置でバスライン(走査線や信号線)の形成が可能となる。また、無電解メッキを用いた成膜を採用するので、大面積基板に対しても均一な厚みの膜を容易に成膜できる。また、一般に、Ｃｕ膜は、ドライエッチングが困難であり、ウェットエッチングの場合もエッチング精度の向上が困難といった問題を有しているが、この発明の金属配線は、下地のＡｕ/Ｎｉパターン上に選択的にＣｕ膜を成膜することが可能である。したがって、Ｃｕ膜のパターニング(エッチング)が不必要であり、Ｃｕ配線を容易に実現できる。
【００３１】
したがって、この実施形態によれば、製造コストが安価で、かつ、Ｃｕ配線の適用により高性能化が可能な表示装置を実現できる。
【００３２】
また、他の実施形態の薄膜トランジスタは、上記金属配線をゲート電極とし、上記金属電極上に、順次、ゲート絶縁膜,半導体膜,ソース・ドレイン電極が形成された構造を有する。
【００３３】
また、一実施形態のアクティブマトリクス型の表示装置は、上記実施形態の薄膜トランジスタを備えた。
【００３４】
したがって、この一実施形態のアクティブマトリクス型の表示装置では、請求項４に記載の表示装置と同様に、表示装置に用いるＴＦＴ素子を安価に製造でき、更に、上記ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス基板の表示装置を安価に製造できる。
【００３５】
また、一実施形態の表示装置は、表示装置を構成するガラス基板上にドライバＬＳＩがＣＯＧ(Chip on glass)実装されており、上記金属配線を、上記ガラス基板上に形成される上記ドライバＬＳＩの入出力配線として用いたことを特徴としている。
【００３６】
この実施形態の表示装置によれば、ドライバ入出力配線として、請求項１〜３に記載の金属配線を用いているので、表示装置が大面積化するに伴って、表示装置の周辺に形成されるドライバ入出力配線を低抵抗化する必要が生じた場合に対応して、ドライバ入出力配線を容易に低抵抗化できる。
【００３７】
また、一実施形態の金属配線の製造方法は、絶縁基板上に所定の配線形状を有する酸化膜を形成する工程と、上記酸化膜上に選択的にメッキ触媒を付与する工程と、上記酸化膜上に選択的に請求項１または２に記載の金属配線を成膜する工程とを、少なくとも備えたことを特徴としている。
【００３８】
この実施形態の製造方法によれば、ガラス基板上に酸化膜(代表的な例としてはＩＴＯ膜)のパターンが設けられた基板に対し、上記酸化膜上にのみ選択的にＰｄ(パラジウム)などのメッキ触媒を付与する。この結果、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の金属配線を、上記酸化膜上にのみ選択的に形成できる。したがって、下地の酸化膜が所定の配線形状にパターンニングされていれば、メッキ膜をパターニングする必要が無く、簡単に金属配線を得ることができる。
【００３９】
また、一実施形態の金属配線の製造方法は、絶縁基板上にメッキ触媒を含有する感光性材料を塗布する工程と、
光または紫外線照射により上記メッキ触媒を所定の配線形状に析出させる工程と、
請求項１または２に記載の金属配線を、上記触媒析出領域に選択的に成膜する工程とを少なくとも有することを特徴としている。
【００４０】
この実施形態では、ガラス基板上に、メッキ触媒を含有する感光性材料を塗布し、光または紫外線照射によって上記メッキ触媒を所定の配線形状に析出させることで、ガラス基板上の所定の場所に選択的にＰｄ(パラジウム)などのメッキ触媒を析出させることができる。この結果、請求項１または２に記載の金属配線を上記触媒領域上にのみ選択的に形成することが可能である。したがって、下地の触媒が所定の配線形状にパターンニングされていれば、メッキ膜をパターニングする必要が無く、簡単に金属配線を得ることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図１(Ａ)に、この発明の金属配線の第１実施形態の断面構造を示す。この第１実施形態の金属配線１は、無電解選択メッキによるＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜１０によって構成される。このＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜１０は、下地層１１上に順に形成された無電解Ｎｉメッキ膜１２,無電解(置換)Ａｕメッキ膜１３,無電解Ｃｕメッキ膜１５からなる。
【００４３】
また、図１(Ｂ)に、参考例の金属配線の断面構造を示す。この第２実施形態の金属配線２は、Ｃｕ/Ｎｉ積層膜２０によって構成される。
【００４４】
この第１実施形態,参考例では、上記Ｎｉ膜１２のリン含有率ｘが、１０ｗｔ％≦ｘ≦１５ｗｔ％である。
次亜リン酸塩を還元剤に用いた一般的な無電解Ｎｉメッキの場合、析出膜は、一般に、Ｎｉ(ニッケル)とＰ(リン)の共析膜になるが、リンの含有率ｘが１０〜１５ｗｔ％のいわゆる高含リンタイプのＮｉ膜１２は、膜厚が０.１μｍ以上の条件下で、緻密で平滑な膜を形成することが後述する実験によって判明した。これは、リンの含有率ｘが８ｗｔ％以上になると、Ｎｉ膜１２がアモルファス状態で析出するため、結晶粒境界に発生するピンホールが発生し難いためと考えられる。ただし、上記膜厚が０.１μｍ未満の場合は、Ｎｉ膜１２の疎状態が顕著になるため膜質が良くない。そして、この得られたＮｉ膜１２上に、Ｃｕ膜１５やＣｕ/Ａｕ膜１３,１５を成膜しても従来のようなフクレ不良はほとんど発生しなかった。
【００４５】
したがって、本構造のＮｉ膜１２を用いることで、厚さ０.４μｍ未満のＮｉ膜１２を用いて、図１(Ｂ)に示すＣｕ/Ｎｉ構造や、図１(Ａ)に示すＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ構造のメッキ膜を形成することが可能になり、メッキ総厚の低減が容易になった。
【００４６】
また、図１(Ａ)に示すＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ構造の金属配線１は、上記Ａｕ膜１３の厚みｙが、０.００５μｍ≦ｙ≦０.０５μｍ  である。この金属配線１では、前述したように、高含リンタイプのＮｉ膜１２を用いているから、表面が平滑で緻密なＮｉ膜１２が得られる。したがって、このＮｉ膜１２上に形成するＡｕ膜１３を、最薄で０.００５μｍまで薄くした。一方、プロセスマージンを考慮してＡｕ膜を０.００５μｍ以上に設定することも可能であるが、Ａｕメッキ液のコストを考慮すると、０.０５μｍ以下に抑制することが望ましい。この金属配線１によれば、総厚が薄く、段差が小さくなるから、液晶パネル内の信号線や走査線として採用することが可能となる。
【００４７】
以下に、この発明および実施形態の基礎となった実験について説明する。
【００４８】
一般に、次亜リン酸塩を還元剤とする無電解Ｎｉ膜は、メッキ液の組成やメッキ条件によって２〜１５ｗｔ％のリンが共析することが知られている。
【００４９】
そこで、今回、次亜リン酸塩を還元剤とする種々のＮｉメッキ浴を用いて、リン含有率の異なる複数のＮｉ膜を作成した。そして、この複数のＮｉ膜の表面状態をＡＦＭで観察し、フクレ不良の原因となるＮｉ膜のピンホール発生状況を比較した。この結果、Ｎｉ膜中のリンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプのＮｉ膜は、リンの含有率が５〜８ｗｔ％の中含リンタイプのＮｉ膜に比べて、緻密で平滑な膜状態を有していることが判明した。また、リンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプのＮｉ膜は、Ｎｉ膜厚を０.１μｍまで薄くしても緻密な膜が得られることが判明した。なお、リンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプのＮｉ膜を用いたしても、Ｎｉ膜厚が０.１μｍ未満になると膜が疎状態になりピンホールが急激に増加する傾向が見られた。
【００５０】
次に、リン含有率の異なる３種の代表的なＮｉ膜を用いて、そのＮｉ膜上にＣｕ膜をメッキした場合と、Ｃｕ/Ａｕ膜をメッキした場合のフクレ不良発生状況を確認してみた。この結果を、表１および表２に示す。
【００５１】
【表１】
Ｃｕ/Ｎｉメッキ成膜時のリン含有率とフクレ不良の関係
0004613271.tif 000002
【００５２】
【表２】
Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ成膜時のリン含有率とフクレ不良の関係
0004613271.tif 000003
【００５３】
このように、リンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプのＮｉ膜を用いることで、Ｃｕ/Ｎｉ積層膜構造やＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜構造において、フクレ不良を大幅に改善できることが判明した。ところで、リンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプのＮｉ膜が緻密に形成される原因としては、リン含有量が８〜１０ｗｔ％以上ではＮｉ膜が非晶質膜として析出するために結晶粒間の隙間が発生しにくいことが考えられる。さらには、リン含有量が７ｗｔ％以上のＮｉ膜では比較的小さな内部応力しか認められないことや、リン含有量が高いメッキ浴を用いると、メッキ膜の析出速度が遅くなるので、緻密な膜が得られ易いことなどが考えられる。
【００５４】
ちなみに、リン含有量が１５ｗｔ％を超えると、Ｎｉ膜の内部応力が増加することや、次工程のＡｕ置換メッキレートが著しく劣化するなどのデメリットが発生する。したがって、Ｎｉ膜中のリン含有率の上限は１５ｗｔ％に設定した。
【００５５】
なお、析出したＮｉ膜中のリンの含有率は、メッキ処理中のｐＨ、還元剤濃度、温度などの条件によって左右されるので、リン含有率を１１〜１３ｗｔ％に設定してプロセスマージンを確保しておくことが好ましい。
【００５６】
また、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜構造の場合、Ｎｉ膜面に存在しているピンホールを埋める目的と、Ｎｉ膜表面の酸化を防ぐ目的で、Ｎｉ膜表面に置換Ａｕメッキを施してから、その上に無電解Ｃｕメッキを行なう構成になっている。この構成では、リンの含有率が１０〜１５ｗｔ％の高含リンタイプＮｉ膜を用いた場合、Ｎｉ膜に極微細なピンホールしか存在しないから、最低０.００５μｍの厚さでＡｕを置換メッキするだけも、フクレ不良対策として十分な効果を発揮することが確認された。なお、プロセスマージンを考慮してＡｕ膜を０.００５μｍ以上の厚みでメッキを行っても構わないが、Ａｕメッキ液のコストが高いことを考慮すると、Ａｕの厚みは０.０５μｍ以下に抑制しておくことが望ましく、好ましくは０.０１〜０.０２μｍに設定すると良い。
【００５７】
以下、この発明の金属配線の製造方法の具体的な実施例を説明する。
【００５８】
【実施例】
〔第１実施例〕
図２に、この発明の金属配線の製造方法の第１実施例で作製した金属配線の構造断面をしめす。この第１実施例で作製された金属配線は、絶縁性基板としてのガラス基板５１上にパターン形成されたＩＴＯ膜５２上に、無電解選択メッキによってＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜が無電解メッキによって形成されている。この形成の手順を以下に説明する。
【００５９】
<工程１>
まず、ガラス基板(コーニング社製の #１７３７)５１の表面をアルカリや酸,あるいは有機溶剤を用いて脱脂洗浄を行なう。このとき、超音波洗浄を併用すると効果的である。そして、ガラス基板５１の表面にスパッタ蒸着法,ＥＢ蒸着法,ゾルゲル法等によって、ＩＴＯ膜５２を配線下地層として約０.０５μｍの厚みに形成する。なお、この配線下地層はＩＴＯ膜５２に限られるものではなく、ＳｎＯ2等他の酸化膜を用いても構わない。そして、上記ＩＴＯ膜５２を所定の配線形状にパターニングする。
【００６０】
このパターニングの方法としては、フォトリソグラフィなどの技術によってＩＴＯ膜５２上に所定のパターンのレジストを形成し、ウェットエッチングやドライエッチングによって不要なＩＴＯ膜を除去する方法が一般的である。例えば、ＩＴＯのエッチングには、ＨＢｒや塩化第二鉄水溶液を用いることができる。また、ＳｎＯ2のエッチングには、(亜鉛触媒)＋(塩酸)を用いることができる。
【００６１】
<工程２>
次に、上記パターン化されたＩＴＯ膜(配線下地層)５２上に、選択的にメッキ触媒を付与する。一般的な手法としては、まず、フッ化物含有溶液でＩＴＯ膜５２の表面を僅かに粗化する。その後、塩化パラジウム溶液に浸漬して活性化処理(アクティベーティング処理)を行なうことで、ＩＴＯ膜５２上にのみ無電解メッキの触媒となるＰｄ触媒が析出する。
【００６２】
市販の触媒付与剤を用いる場合は、例えば、メルテックス社製のエンプレートアクティベーター４４０を３０ｍＬ/Ｌに希釈し、１ＮのＫＯＨ水溶液でｐＨ５.５に調整した溶液に、ＩＴＯ膜５２のパターン付きの基板５１を約５分間浸漬させ、その後、上記基板５１を純水で洗浄すると良い。
【００６３】
<工程３>
次に、前工程でＰｄ触媒が付与されたＩＴＯ膜５２上にのみ、無電解メッキによってＮｉ膜５３を選択的に成膜する。具体的には、Ｎｉ塩化合物,錯化剤,還元剤(次亜リン酸塩)を主成分とする無電解Ｎｉメッキ液を用いて、Ｎｉ膜５３を約０.２μｍの厚みで成膜する。これにより、ＩＴＯ膜５２のパターン上のみに選択的にＮｉ膜５３を成膜できる。このとき、析出するＮｉ膜５３が、１０〜１５ｗｔ％のリンを含有するようなメッキ浴を選定して使用する。例えば、メルテックス社製のメルプレートＩＴＯ ＮＩ−８６６を用い、７０℃,ｐＨ４.５に調整した溶液に、ＩＴＯ膜５２によるパターン付きの基板５１を約７分間浸漬させることで、リン含有率が約１２％の緻密なＮｉ膜５３が、約０.２μｍの厚みで析出する。その後、Ｎｉ膜５３の密着性を向上させるために、２５０〜２７０℃で３０分のアニール処理を行なう。なお、このアニール処理は、次工程のＡｕメッキ後に行なっても構わない。
【００６４】
<工程４>
次に、前工程で得られたＮｉ膜５３の表面に、耐食性金属であるＡｕを置換メッキによって、０.０２μｍの厚みで成膜する。例えば、メルテックス社製のメルプレートＡＵ−６０１を用い、９０℃、ｐＨ４.５に調整した溶液に、Ｎｉ膜５３によるパターン付きの基板５１を約５分間浸漬させることで、置換Ａｕ膜５５が約０.０１μｍの厚みで析出する。
【００６５】
<工程５>
最後に、上記Ａｕ膜５５上のみに選択的に、Ｃｕ膜５６を無電解メッキで０.２μｍの厚みで成膜する。このとき、無電解Ｃｕメッキは、下地のＡｕ膜５５を触媒にしてＡｕ膜５５上に選択的に成膜できる。例えば、メルテックス社製のメルプレートＣＵ−３９０用い、４０℃、ｐＨ１３.５に調整した溶液に、Ａｕ/Ｎｉ膜５５,５３によるパターン付きの基板５１を、約５０分間浸漬させることによって、Ｃｕ膜５６が約０.２μｍの厚みで析出する。
【００６６】
上述の<工程１>〜<工程５>で作成された金属配線は、密着性が良好で、かつフクレ不良が全く発生しなかった。また、メッキ膜の総厚さが、０.４μｍであり、配線下地層のＩＴＯ膜を合わせても０.４５μｍと従来のＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ/ＩＴＯ配線と比較して十分に薄い厚さの金属配線が実現できる。さらにこの金属配線のシート抵抗値は、約０.１５Ω/□であり、表示装置のバスライン(走査線や信号線)としても十分使用可能なものである。
【００６７】
〔第２実施例〕
この第２実施例の製造方法では、上記第１実施例で記載した金属配線の製造工程において、<工程１>で形成する配線下地層(ＩＴＯ膜５２やＳｎＯ2膜)を省略し、Ｐｄ触媒層５４を直接ガラス基板５１上に所定の配線形状に選択的に配置するという方法を用いて金属配線を作製した。
【００６８】
上記ガラス基板５１上に所定の配線形状に配置する触媒としては、例えば、触媒となる金属,その化合物,イオン,コロイド等を含有する感光性材料を用いることができる。具体的には、パラジウムアセチルアセトナートをクロロホルムなどの有機溶剤に溶解したものを用いる。この感光性触媒液を、スピン法などでガラス基板５１上に塗布し、フォトマスクを介して紫外線を照射すると、露光された領域においてのみ、金属Ｐｄ(パラジウム)がガラス基板５１上に析出する。その後、現像工程で、露光されなかった領域の感光膜がクロロホルムなどの有機溶剤で洗い流され、それによって、残されたＰｄのパターンからなる感光性触媒層５４を形成できる。
【００６９】
なお、この他にも、シュウ酸第二鉄と塩化パラジウムとを水酸化カリウム溶液に溶解した感光性触媒液や、シュウ酸第二鉄またはシュウ酸ルテニウムのようなシュウ酸塩と塩化パラジウムとアンモニア水とを含む感光性触媒液を用いることも可能である。この場合、感光性触媒液の基板上への均一な塗布を容易に行なえるように、例えば、ポリビニルアルコールのような親水性バインダ等を前述の感光性触媒液に添加することも有効である。さらに、紫外線照射によるＡｇイオンの還元反応を利用してＡｇを選択的に析出させる方法もある。
【００７０】
なお、上記の触媒付与工程の前に、必要に応じて、ガラス基板５１表面をフッ化物含有溶液で僅かに粗化しておくことで、後工程のメッキ膜の密着性を向上させることも可能である。さらに、アミノ化合物を含有する水溶液に浸漬してガラス基板５１表面に被膜を形成しておくことで、触媒としてのパラジウム核を良好に保持させることも可能である。
【００７１】
このようにして、感光性触媒液を用いてガラス基板５１上に触媒パターン５４を形成し、その上に、第１実施例と同様に、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜５６,５５,５３からなるメッキを施すことで、図３に示す金属配線５７(第３実施例)が形成される。
【００７２】
得られた金属配線５７は、第１実施例の製造方法で作製された金属配線(図２)と同様の特性を有しており、表示装置のバスライン(走査線や信号線)としても十分使用可能なものである。
【００７３】
この第２実施例のように、感光性を有するメッキ触媒を所定のパターンに選択的に配置することで、ＩＴＯ膜などの配線下地層を形成せずに、より簡単なプロセスで金属配線を製造することが可能になる。また、配線下地層を必要としないため、安価で、総膜厚の薄い金属配線を形成できるといった利点を有する。
【００７４】
〔第２実施形態〕
次に、図４に、一例として、第１実施例で作製した金属配線５０をアクティブマトリクス基板に採用した場合の薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)の断面構造を示す。
【００７５】
ゲート配線７０をなす金属配線５０は、ガラス基板５１上に形成された配線下地層としてのＩＴＯ膜５２(厚み０.０５μｍ),Ｎｉ膜５３(厚み０.２μｍ),Ａｕ膜５５(厚み０.０１μｍ),Ｃｕ膜５６(厚み０.２μｍ)の積層膜によって構成されている。この積層膜のシート抵抗は、０.１５Ω/□である。ゲート配線７０上には、ＳｉＮxから成るゲート絶縁膜７１がＣＶＤにより形成されている。さらにその上には、チャネル層７２をなすａ−Ｓｉ膜、コンタクト層７６としてｎ+型のａ−Ｓｉ膜、Ａｌからなるソース電極７４、ドレイン電極７５、ＩＴＯからなる画素電極７３、ＳｉＮxからなる絶縁保護膜７７が形成されている。
【００７６】
このようにして得られたＴＦＴ素子は、従来のドライ成膜のみによって形成されたゲート配線を用いたＴＦＴ素子とほぼ同様の特性を示すことを実験で確認できた。つまり、この発明がアクティブマトリクス駆動型ＬＣＤに適用できることを確認できた。
【００７７】
また、ここでは、逆スタガ構造(ボトムゲート構造)のＴＦＴを示したが、スタガ構造(トップゲート構造)のＴＦＴに適用しても構わない。また、この発明は、ＴＦＴに限らず、２端子のダイオードなど他の非線形素子を構成することも可能である。
【００７８】
なお、上述のＴＦＴは、第１実施例で作製した金属配線を用いた一例を示したが、これに限らず、第２実施例で作製した第３実施例の金属配線を用いることももちろん可能である。
【００７９】
次に、図４に示したＴＦＴ素子を有するアクティブマトリクス基板を用いて、液晶表示装置(ＬＣＤ)を作成した。図５(Ａ),(Ｂ)に、このアクティブマトリクス型ＬＣＤを模式的に示す。この結果、従来と同様の表示性能を有するＬＣＤを実現できた。
【００８０】
図５(Ａ)に示すように、このアクティブマトリクス型ＬＣＤは、アクティブマトリクス基板１０７と対向基板１０８に電気光学媒体である液晶１０９が挟持された構造になっている。アクティブマトリクス基板１０７は、ガラス基板上にマトリクス状に配列された複数のアクティブ素子(ＴＦＴ)９０と、このＴＦＴ９０に隣接配置された画素電極９２、さらにこの画素電極９２,９２…の間に縦横に延在している走査線(走査電極)９１と信号線(データ電極)９９を備えており、これらの最上層部に配向膜９３をそなえている。一方、対向基板１０８は、ガラス基板上にカラーフィルター(ＲＧＢ)９５、対向電極(ＩＴＯ)９４、配向膜９３をそなえている。そして、上記両基板１０７,１０８は、図に示すように配向膜９３が互いに面するように配置され、両基板の間隙に液晶１０９が充填される。また、上記両基板の外側には偏光板９７,９８が配置される。なお、図５(Ａ)に示すアクティブマトリクス型ＬＣＤの等価回路を、図５(Ｂ)に示す。
【００８１】
〔第３実施形態〕
次に、この発明の第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、第１実施例で作製した図２に示す金属配線５０を、単純マトリクス型ＬＣＤの周辺端子部の低抵抗化にも応用した一例である。
【００８２】
近年、ＬＣＤパネルヘの駆動ＬＣＩの実装方法としてＣＯＧ(チップオングラス(Chip on glass))実装の導入が盛んであるが、この場合、図６に示すように、ＬＣＤパネル基板８１の周辺部８２に実装されるドライバＬＳＩチップ８３,８３…にドライバ入出力配線８５を引き回す必要が生じる。
【００８３】
しかしながら、単純マトリクス型ＬＣＤの場合は、基板８１上の配線８５が一般に金属膜より電気的に高抵抗なＩＴＯ膜で形成されているので、ＬＳＩチップ８３,８３…周辺の引き回し配線８５が微細でかつ距離が長くなるにつれて、配線８５での信号遅延が間題になってくる。したがって、ＬＣＤが大面積化する場合には、ＬＣＤパネル８１の周辺に形成されるドライバ入出力配線８５を低抵抗化する必要が生じる。
【００８４】
このような要求に対し、図６の断面図である図７に示すように、ＬＣＤパネル８１の周辺部８２で引き回されているドライバ入出力配線８５のＩＴＯ配線膜４１上に、先述した第１実施例で作製したＣｕ/Ａｕ/Ｎｉ金属膜からなる金属配線５０を積層することで、容易に低抵抗化することが可能になる。なお、図７において、８１は液晶パネル、４２は絶縁樹脂、４３は突起電極、４４は導電性接合剤、４６はＩＴＯ(インジウム錫酸化物)からなる走査線であり、４８は液晶、４７は液晶封止剤である。また、８６はＦＰＣ(フレキシブル・プリンティッド・サーキット)である。
【００８５】
なお、この第３実施形態では、単純マトリクス型ＬＣＤを例に説明したが、これに限らずＩＴＯ配線やその他金属配線の低抵抗化が必要な用途に広く適用できることは言うまでもない。
【００８６】
以上のように、この発明による金属配線は、液晶表示装置(ＬＣＤ),フィールドエミッション表示装置(ＦＥＤ),電気泳動表示装置(ＥＰＤ),プラズマ表示装置(ＰＤＰ),エレクトロクロミック表示装置(ＥＣＤ),エレクトロルミネッセント表示装置(ＥＬＤ)などのフラットパネルディスプレイのなかで、配線の低抵抗化のためにＣｕの使用が求められる場合に、有効であり、薄くて電気的特性に優れ、かつ製造が容易な配線となる。
【００８７】
また、この発明は、ドライ成膜に代わって、湿式成膜による配線形成が求められる場合や、表示面積の大面積化が求められる場合に極めて有効である。また、この発明は、フラットパネルディスプレイ用の金属配線の製造方法に限定されるものではなく、フラットパネル型イメージセンサに用いるアクティブマトリクス基板や、その他の分野における金属配線の製造方法としても広く応用できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の金属配線は、無電解メッキによって形成されたＮｉ膜上に、無電解メッキによってＣｕ/Ａｕ膜が積層された構造の金属配線において、上記Ｎｉ膜のリン含有率ｘが、１０ｗｔ％≦ｘ≦１５ｗｔ％ である。
【００８９】
この発明のように、Ｎｉ膜のリンの含有率ｘが１０〜１５ｗｔ％のいわゆる高含リンタイプのＮｉ膜は、膜厚０.１μｍ以上の条件下で、緻密で平滑な膜を形成することが実験によって判明した。そして、この得られたＮｉ膜上に、Ｃｕ膜やＣｕ/Ａｕ膜を成膜しても従来のようなフクレ不良はほとんど発生しなかった。したがって、本構造のＮｉ膜を用いることで、厚さ０.４μｍ未満のＮｉ膜を用いて、Ｃｕ/Ｎｉ構造や、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ構造のメッキ膜を形成することが可能になり、メッキ総厚の低減が容易になった。
【００９０】
また、この発明の金属配線では、高含リンタイプのＮｉ膜を用いているから、表面が平滑で緻密なＮｉ膜が得られる。したがって、このＮｉ膜上に形成するＡｕ膜を、最薄で０.００５μｍまで薄くした。一方、Ａｕメッキ液のコストを考慮すると、０.０５μｍ以下に抑制することが望ましい。この請求項２の金属配線によれば、総厚が薄く、段差が小さくなるから、液晶パネル内の信号線や走査線として採用できる。
【００９１】
また、一実施形態の金属配線では、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉのメッキ膜の総厚みｚを０.２μｍ以上に設定したので、Ｎｉ膜が最も薄い０.１μｍの場合でもＣｕ膜の厚みを、０.１μｍの厚みに確保できる。したがって、電気配線としての最低限の電気特性(シート抵抗値)を確保できる。また、Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉメッキ膜の総厚みを、１μｍ以下に設定したので、上記メッキ膜をＬＣＤのバスラインに用いても、上記バスラインの段差部分が液晶層の配向状態に与える影響を無くすことが可能になる。さらに、上記バスライン上に別の配線が交差するデバイス構造を有する場合でも、その段差部分で上層の配線が断線する確率を低減できる。
【００９２】
また、一実施形態の表示装置は、上記金属配線を、走査線または信号線に用いた。したがって、この実施形態によれば、真空成膜装置を必要とせず、安価な装置でバスライン(走査線や信号線)の形成が可能となる。また、無電解メッキを用いた成膜を採用するので、大面積基板に対しても均一な厚みの膜を容易に成膜できる。また、本発明の金属配線は、下地のＡｕ/Ｎｉパターン上に選択的にＣｕ膜を成膜することが可能である。したがって、Ｃｕ膜のパターニング(エッチング)が不必要であり、Ｃｕ配線を容易に実現できる。したがって、この実施形態によれば、製造コストが安価で、かつ、Ｃｕ配線の適用により高性能化が可能な表示装置を実現できる。
【００９３】
また、一実施形態の薄膜トランジスタは、上記金属配線をゲート電極とし、上記金属電極上に、順次、ゲート絶縁膜,半導体膜,ソース・ドレイン電極が形成された構造を有する。
【００９４】
また、一実施形態のアクティブマトリクス型の表示装置は、上記薄膜トランジスタを備えた。したがって、この実施形態では、上記表示装置と同様に、表示装置に用いるＴＦＴ素子を安価に製造でき、更に、上記ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス基板の表示装置を安価に製造できる。
【００９５】
また、一実施形態の表示装置は、ドライバ入出力配線として、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属配線を用いているので、ドライバ入出力配線を容易に低抵抗化でき、表示装置の大面積化に対応可能となる。
【００９６】
また、一実施形態の金属配線の製造方法は、ガラス基板上に酸化膜(代表的な例としてはＩＴＯ膜)のパターンが設けられた基板に対し、上記酸化膜上にのみ選択的にＰｄなどのメッキ触媒を付与する。この結果、上記金属配線を、上記酸化膜上にのみ選択的に形成できる。したがって、下地の酸化膜が所定の配線形状にパターンニングされていれば、メッキ膜をパターニングする必要が無く、簡単に金属配線を得ることができる。
【００９７】
また、一実施形態の金属配線の製造方法は、ガラス基板上に、メッキ触媒を含有する感光性材料を塗布し、光または紫外線照射によって上記メッキ触媒を所定の配線形状に析出させることで、ガラス基板上の所定の場所に選択的にＰｄなどのメッキ触媒を析出させることができる。この結果、上記金属配線を上記触媒領域上にのみ選択的に形成することが可能である。したがって、下地の触媒が所定の配線形状にパターンニングされていれば、メッキ膜をパターニングする必要が無く、簡単に金属配線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(Ａ)はこの発明の金属配線の第１実施形態の構造断面図であり、図１(Ｂ)は参考例の構造断面図である。
【図２】  この発明の金属配線の製造方法の第１実施例で作製した金属配線の構造断面図である。
【図３】  この発明の金属配線の製造方法の第２実施例で作製した金属配線の構造断面図である。
【図４】  この発明の第２実施形態である薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)の断面構造図である。
【図５】  図５(Ａ)は上記第２実施形態を有するアクティブマトリクス型ＬＣＤの模式図であり、図５(Ｂ)は上記アクティブマトリクス型ＬＣＤの等価回路図である。
【図６】  単純マトリクス型ＬＣＤの模式図である。
【図７】  この発明の第３実施形態である単純マトリクス型ＬＣＤの断面図である。
【図８】  従来例において、Ｎｉ膜上に直接Ｃｕメッキを行なった際に発生する「フクレ」不良の断面模式図である。
【符号の説明】
１,２…金属配線、１０…Ｃｕ/Ａｕ/Ｎｉ積層膜、１１…下地層、
１２…Ｎｉ膜、１３…Ａｕメッキ膜、１５…無電解Ｃｕメッキ膜、
２０…Ｃｕ/Ｎｉ積層膜、４１…ＩＴＯ配線膜、４２…絶縁樹脂、
５０…金属配線、５１…ガラス基板、５２…ＩＴＯ膜、５３…Ｎｉ膜、
５４…触媒パターン、５５…置換Ａｕ膜、５６…Ｃｕ膜、
５７…金属配線、７０…ゲート配線、７１…ゲート絶縁膜、
７２…チャネル層、７２…画素電極、７４…ソース電極、
７５…ドレイン電極、７６…コンタクト層、７７…絶縁保護膜、
８１…液晶パネル、８２…周辺部、８３…ドライバＬＳＩチップ、
８５…ドライバ入出力線配線、９０…アクティブ素子、９１…走査線、
９２…画素電極、９３…配向膜、９４…対向電極、１０２…Ｃｕ膜。
【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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