(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応して形成された薄膜トランジスタと、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、前記走査信号線を覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを具備する液晶表示装置であって、
前記走査信号線は、インジウム酸化物を主成分とする透明導電膜と、金属酸化物膜と、銅を主成分とする合金膜と、９９．５％以上の純度を有する銅の積層膜とから構成され、
前記銅を主成分とする合金膜の添加金属元素と前記金属酸化物膜の金属元素とは共通であり、
前記金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルは、インジウムの酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低く、
かつ、前記銅中における前記金属元素の約３００℃における拡散係数が１０-21（ｍ2／ｓ）を超えず、
かつ、前記銅中における前記金属元素の固溶限がその含有量よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、アルミニウム、ベリリウム、ガリウム、マンガン、チタン、バナジウム、亜鉛から選択される元素を１種類以上含有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
ｐＨが１．８から７．５の範囲内において前記金属元素酸化物の溶解度が、銅酸化物の溶解度よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、アルミニウム、ベリリウム、ガリウム、チタンから選択される元素を１種類以上含有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方のガラス基板上に直接形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応して形成された薄膜トランジスタと、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、前記走査信号線を覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを具備する液晶表示装置であって、
前記走査信号線は、金属酸化物膜と、銅を主成分とする合金膜と、９９．５％以上の純度を有する銅の積層膜から構成され、
前記銅を主成分とする合金膜の添加金属元素と前記金属酸化物膜の金属元素とは共通であり、
前記金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルは、シリコンの酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低く、
かつ、前記銅中における前記金属元素の約３００℃における拡散係数が１０-21（ｍ2／ｓ）を超えず、
かつ、前記銅中における前記金属元素の固溶限が、その含有量よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、アルミニウム、ベリリウム、チタンから選択される元素を１種類以上含有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液晶表示装置において、
ｐＨが１．８を超えない範囲での前記金属元素酸化物の溶解度が、銅酸化物の溶解度よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液晶表示装置において、
前記金属元素は、ベリリウム、チタンから選択される元素を１種類以上含有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応して形成された薄膜トランジスタと、前記走査信号線と前記映像信号線とに囲まれた画素領域に形成された共通透明電極と、前記走査信号線と隣接かつ平行し前記共通透明電極に接続される共通信号線と、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素透明電極と、前記走査信号線と前記共通透明電極と前記共通信号線とを覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを有し、前記液晶の分子は前記共通透明電極と前記画素透明電極との間に印加される電圧によって駆動されるインプレインスイッチング型の液晶表示装置の製造方法であって、
透明導電膜と、銅を主成分とする合金膜と、９９．５％以上の純度を有する銅を連続成膜し、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィにより前記走査信号線とゲート電極と前記共通信号線と共通電極とを形成する走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通電極形成工程と、
前記ゲート絶縁膜となる窒化シリコンと、アモルファスシリコン膜とｎ＋アモルファスシリコン膜とを連続成膜して、フォトリソグラフィにより半導体層とを形成する半導体層加工工程と、
金属膜を成膜し、フォトリソグラフィにより前記映像信号線とドレイン電極とソース電極とを形成する映像信号線・ドレイン電極・ソース電極形成工程と、
前記保護絶縁膜となる窒化シリコンを成膜し、フォトリソグラフィにより前記保護絶縁膜、前記ゲート絶縁膜にスルーホールを開口するスルーホール形成工程と、
透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィにより前記画素透明電極を形成する画素透明電極形成工程と、
を有し、
前記走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜の添加金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルを、インジウムの酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低くし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の約３００℃における拡散係数を１０-21（ｍ2／ｓ）を超えない範囲で小さくし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の固溶限を、その含有量よりも大きくし、
かつ、ｐＨが１．８から７．５の範囲内において前記金属元素酸化物の溶解度を銅酸化物の溶解度よりも小さくし、
前記走査信号線・ゲート・電極・共通信号線・共通電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜と９９．５％以上の純度を有する前記銅とを加工するエッチング液のｐＨを１．８から７．５の範囲内とすることを特徴とするインプレインスイッチング型の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応して形成された薄膜トランジスタと、前記走査信号線と前記映像信号線とに囲まれた画素領域に形成された共通透明電極と、前記走査信号線と隣接かつ平行し前記共通透明電極に接続される共通信号線と、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素透明電極と、前記走査信号線と前記共通透明電極と前記共通信号線とを覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを有し、前記液晶の分子は前記共通透明電極と前記画素透明電極との間に印加される電圧によって駆動されるインプレインスイッチング型の液晶表示装置の製造方法であって、
透明導電膜と、銅を主成分とする合金膜と、９９．５％以上の純度を有する銅を連続成膜し、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィにより前記走査信号線とゲート電極と前記共通信号線と共通電極とを形成する走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通電極形成工程と、
前記ゲート絶縁膜となる窒化シリコンと、アモルファスシリコン膜とｎ＋アモルファスシリコン膜と、金属膜とを連続成膜し、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィにより半導体層と映像信号線とドレイン電極とソース電極とを形成する半導体層・映像信号線・ドレイン電極・ソース電極形成工程と、
前記保護絶縁膜となる窒化シリコンを成膜し、フォトリソグラフィにより前記保護絶縁膜や前記ゲート絶縁膜にスルーホールを開口するスルーホール形成工程と、
透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィにより前記画素透明電極を形成する画素透明電極形成工程と
を有し、
前記走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜の添加金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルをインジウムの酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低くし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の約３００℃における拡散係数が１０-21（ｍ2／ｓ）を超えない範囲で小さくし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の固溶限を、その含有量よりも大きくし、かつ、
ｐＨが１．８から７．５の範囲内において前記金属元素酸化物の溶解度を銅酸化物の溶解度よりも小さくし、
前記走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜と９９．５％以上の純度を有する前記銅とを加工するエッチング液のｐＨを１．８から７．５の範囲内としたことを特徴とするインプレインスイッチング型の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】
一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応して形成された薄膜トランジスタと、前記走査信号線と前記映像信号線とに囲まれた画素領域に形成された共通透明電極と、前記走査信号線と隣接かつ平行し前記共通透明電極に接続される共通信号線と、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素透明電極と、前記走査信号線と前記共通透明電極と前記共通信号線とを覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを有し、前記液晶の分子は前記共通透明電極と画素透明電極との間に印加される電圧によって駆動されるインプレインスイッチング型液晶表示装置の製造方法であって、
透明導電膜と、銅を主成分とする合金膜と、９９．５％以上の純度を有する銅を連続成膜し、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィにより前記走査信号線とゲート電極と前記共通信号線と前記共通透明電極とを形成する走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通透明電極形成工程と、
前記ゲート絶縁膜となる窒化シリコンと、アモルファスシリコン膜とｎ＋アモルファスシリコン膜と、金属膜とを連続成膜し、フォトリソグラフィにより前記映像信号線とドレイン電極とソース電極とを形成する映像信号線・ドレイン電極・ソース電極形成工程と、
前記映像信号線・ドレイン電極・ソース電極形成工程の後に、レジストをリフローし、エッチングすることで半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記保護絶縁膜となる窒化シリコンを成膜し、フォトリソグラフィにより前記保護絶縁膜や前記ゲート絶縁膜にスルーホールを開口するスルーホール形成工程と、
透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィにより前記画素透明電極を形成する画素透明電極形成工程と
を有し、
前記走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通透明電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜の添加金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルを、インジウムの酸化反応の平衡酸素ポテンシャルよりも低くし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の約３００℃における拡散係数を１０-21（ｍ2／ｓ）を超えない範囲で小さくし、
かつ、前記銅中における前記金属元素の固溶限を、その含有量よりも大きくし、
かつ、ｐＨが１．８から７．５の範囲内において前記金属元素酸化物の溶解度を銅酸化物の溶解度よりも小さくし、
前記走査信号線・ゲート電極・共通信号線・共通透明電極形成工程で加工される銅を主成分とする前記合金膜と９９．５％以上の純度を有する前記銅とを加工するエッチング液のｐＨを１．８から７．５の範囲内としたことを特徴とするインプレインスイッチング型の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタによって駆動するアクティブマトリクス型の液晶表示装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ駆動の液晶表示装置は大画面サイズのテレビに適用され、動画質向上のために駆動周波数が高速化している。これに従って、信号線の低抵抗化が必須となっている。また、低価格化に対応するために生産コストを抑制することが強く求められている。
【０００３】
低抵抗な信号線を構成するために、従来はＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ積層配線（ここで／は積層の界面を表し、／の右側が下層、／の左側が上層である）、またはこれを少しモディファイ（例えば、合金化）した配線膜構成が用いられている。しかし、Ａｌ薄膜の抵抗率は高々３μΩｃｍ程度であり、更なる抵抗率低減には限界がある。また、Ａｌを厚膜化することは、成膜工程のタクトを落としてしまうことの外、不良の原因となるヒロック発生の頻度を飛躍的に高めてしまう問題を抱えている。また、Ａｌの上層と下層にはバリアキャップ膜として高価なＭｏが必要であり材料コストが高くなる問題も抱えている。
【０００４】
Ａｌを下回る低抵抗率を有し、かつ材料費がリーズナブルである配線材料として銅（Ｃｕ）がある。Ｃｕは薄膜の抵抗率が約２μΩｃｍと低く、また異層の透明導電膜（一般的には、Ｉｎを主成分とする酸化物）と直接的に電気的なコンタクトを取ることができるという特徴を有する。しかし、下地との付着力が弱いことや、薄膜トランジスタを構成するシリコン中に不必要に拡散しトランジスタ特性を悪化させてしまうといった欠点がある。
【０００５】
上述のＣｕの欠点を補うために、特許文献１ではＣｕ／Ｍｏ積層配線を採用している。すなわち、Ｍｏをもって付着層と拡散バリアを兼ねている。しかし、この配線構造では、高価なＭｏを用いるので材料コストが高いこと、全く異なる電気化学的性質を持つ２層を積層するためウェットエッチング加工が難しい、などの短所がある。
【０００６】
また、特許文献２では、ＣｕにＭｎなどの合金を添加し、熱工程により添加元素をＣｕ合金膜と下地ガラスとの界面に析出させることにより付着力を確保している。しかし、この配線構造でＣｕと同程度の低抵抗率を得るためには、添加元素を下地ガラスとの界面に殆ど析出させなければならない。この析出の駆動力は拡散であるが、約３００℃×３０分程度のアニールで２００〜４００ｎｍ程度の膜厚の中から添加元素を析出させるのに充分な拡散速度を得るのは難しい。
【０００７】
特許文献１や特許文献２の短所を補う配線構造としてＣｕ／Ｃｕ合金積層膜が考えられる。これは、上層のＣｕで充分な導電性を確保し、下層のＣｕ合金で特許文献２と同様のメカニズムで付着力を確保するものである。
【特許文献１】特開２００４−１６３９０１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０２５３４７  Ａ１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｃｕ／Ｃｕ合金積層膜を低抵抗配線として適用するためには以下の課題がある。第一の課題は、約２μΩｃｍの低抵抗率の確保である。第二の課題は、密着性の確保である。第三の課題は、加工性の確保である。これら第一から第三の課題を同時に解決することが、本発明が解決しようとする課題である。
【０００９】
第一の課題である低抵抗率の確保ができないのは、下層のＣｕ合金の添加元素が熱工程において上層のＣｕへ拡散してしまうためである。従って、この拡散を抑制することが課題の本質である。
【００１０】
第二の課題である密着性の確保が問題となるのは、添加元素がＣｕ合金と下地との界面で密着層となる酸化層を形成できない場合である。酸化層を形成できない原因は、添加元素が下地との界面へ移動できないか、移動できたとしても酸化反応を起こさないような場合である。従って、添加元素が界面へスムースに移動し、かつ酸化反応を起こす条件を整えることが課題となる。
【００１１】
第三の課題である加工性の確保が問題となるのは、Ｃｕ／Ｃｕ合金積層膜の下層であるＣｕ合金のエッチングレートが速い場合である。下層の溶解速度が上層のそれよりも速い場合は、下層が優先して溶解するのでパターン加工した断面が逆テーパーの形状になってしまう。このような加工形状になってしまうと、Ｃｕ／Ｃｕ合金積層膜パターンの上に積層する絶縁膜等がうまくカバーしなくなり、層間短絡等の不良が多発することになる。従って、Ｃｕ／Ｃｕ合金積層膜のパターン加工した断面を順テーパー状の形状にエッチングすることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の第一の課題、すなわち、下層のＣｕ合金の添加元素が熱工程において上層のＣｕへ拡散してしまうことを抑制することを解決するための手段は、銅中における添加金属元素の約３００℃における拡散係数Ｄが１０-21（ｍ2／ｓ）よりも小さい、というものである。熱工程の時間をｔとすると、拡散距離はπＤｔの平方根として与えられる。拡散係数Ｄが１０-21（ｍ2／ｓ）よりも小さければ（１０-21（ｍ2／ｓ）を超えなければ、以下同じ）熱工程の時間を３０分と見積っても拡散距離は数ｎｍ程度である。従って、Ｃｕ／Ｃｕ合金の上層ＣｕへのＣｕ合金添加元素の拡散距離はその膜厚（１００〜５００ｎｍ）に対して無視しうる程度に制限できる。なお、拡散定数の値は、日本金属学界編「金属データブック」（丸善）などに記載されている頻度因子と活性化エネルギーのデータベースからアレニウス式を用いて求めることができる。
【００１３】
上述の第二の課題、すなわち、添加元素が界面へ移動し、かつ酸化反応を起こす条件を整えることを解決するための手段は、銅中における該金属元素の固溶限がその含有量よりも大きく、かつ金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがシリコン（またはインジウム）のそれよりも低い、というものである。まず、添加元素が界面へ移動する、という要件に対しては、銅中における添加元素の固溶限がその含有量よりも大きいことが必要である。これは、添加元素の含有量が固溶限より小さい場合、銅合金膜中で添加元素が異相として析出してしまうことで界面への移動が妨げられるからである。なお、銅中における金属元素の固溶限は、例えば、ＡＳＭ  ＨＡＮＤＢＯＯＫ  Ｖｏｌｕｍｅ  ３「Ａｌｌｏｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｉａｇｒａｍｓ」などに記載されている二元合金状態図から読み取ることができる。
【００１４】
次に、添加元素が酸化反応を起こす、という要件に対しては、金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルが下地となる酸化物のそれよりも低いことが必要である。ここで、酸化反応の平衡酸素ポテンシャルは次式の右辺または左辺で定義される。
【数１】
0004956461.tif 000002
【００１５】
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ｐは平衡酸素分圧、ｎは酸化物の酸素の化学量論数、ΔＧは酸化物の生成自由エネルギーである。この平衡酸素ポテンシャルが低い方が酸化しやすいことを表しており、低い平衡酸素ポテンシャルを持つ金属と、高い平衡酸素ポテンシャルをもつ酸化物とが接触した場合、該金属は該酸化物から酸素を奪って自身が酸化物になる。
【００１６】
ここで、下地酸化物は２種類を想定しており、ガラス基板主成分であるのシリコン酸化物、または透明導電膜の主成分であるインジウム酸化物である。シリコンよりも低い平衡酸素ポテンシャルをもつ金属元素を添加した銅合金は、熱処理によりガラス基板との界面に該金属元素の酸化物を生成することができ、これが密着層として機能する。同様に、インジウムよりも低い平衡酸素ポテンシャルをもつ金属元素を添加した銅合金は、熱処理により透明導電膜との界面に該金属元素の酸化物を生成することができ、これが密着層として機能する。なお、平衡酸素ポテンシャルは酸化物の生成自由エネルギーから上式を用いて求めることができ、酸化物の生成自由エネルギーの値は、例えば日本化学会編「化学便覧」（丸善）などのデータベースに記載されている。
【００１７】
上述の第三の課題、すなわち、Ｃｕ／Ｃｕ合金積層膜のパターン加工した断面を順テーパー状の形状にエッチングすることを解決するための手段は、該金属元素酸化物の溶解度が銅酸化物の溶解度よりも小さいというものである。金属が酸やアルカリに溶解する場合、該金属の酸化物の溶解度が低ければ金属表面に保護性の酸化物層を生成し、その結果金属の溶解速度が遅くなる。従って、銅合金の添加元素の酸化物の溶解度が銅酸化物のそれよりも小さければ、銅よりも溶解速度が遅い銅合金を得ることができる。
【００１８】
この銅合金を用いたＣｕ／Ｃｕ合金をウェットエッチング加工すれば順テーパー形状のパターン断面が得られる。金属の酸化物の溶解度はｐＨの関数であるため、銅合金の添加元素はエッチング液のｐＨを考慮して決定する必要がある。例えば、Ｃｕ／Ｃｕ合金配線膜の下地が非晶質のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）であれば、Ｃｕ／Ｃｕ合金のエッチングの際にＩＴＯをエッチングしてしまわないような１．８以上のｐＨ領域で酸化物の溶解度を選ぶ必要がある。なお、ｐＨの関数としての金属酸化物の溶解度は、例えばＭａｒｃｅｌ  Ｐｏｕｒｂａｉｘ編「Ａｔｒａｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ  ｉｎ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」（ＮＡＣＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｂｅｌｃｏｒ）に記載されている。
【００１９】
以上の第一の課題と第二の課題を同時に解決するため、本発明は、銅中における添加金属元素の約３００℃における拡散係数Ｄを１０-21（ｍ2／ｓ）よりも小さくし、かつ銅中における該金属元素の固溶限をその含有量よりも大きくし、かつ金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルをシリコン（またはインジウム）のそれよりも低くした。
【００２０】
また、以上の第一の課題と第二の課題と第三の課題を同時に解決するための本発明の手段は、銅中における添加金属元素の約３００℃における拡散係数Ｄを１０-21（ｍ2／ｓ）よりも小さくし、かつ銅中における該金属元素の固溶限をその含有量よりも大きくし、かつ金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがシリコン（またはインジウム）のそれよりも低くし、かつ該金属元素酸化物の溶解度が銅酸化物の溶解度よりも小さくした。
【発明の効果】
【００２１】
上述の第一の課題を解決するための手段により、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜において下層Ｃｕ合金の添加元素は上層Ｃｕに拡散しなくなる。従って、上層Ｃｕは熱工程を経た後も低抵抗率を保つことができる。
【００２２】
上述の第二の課題を解決するための手段により、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の下層Ｃｕ合金と下地酸化物（ガラス基板、または透明導電膜）との界面に熱工程を経た後に酸化物層が形成され、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の密着性を確保することができる。
【００２３】
上述の第三の課題を解決するための手段により、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の下層Ｃｕ合金の溶解速度は上層Ｃｕのそれよりも遅くなる。従って、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜をウェットエッチング加工した際にパターン断面の形状が順テーパー状になり、ひいてはその上層に積層される絶縁膜のカバレッジが改善され層間短絡などの不良が発生しなくなる。
【００２４】
以上のように、３つの課題を同時解決することで、低抵抗で、密着性が良く、歩留まりのよい配線材料プロセスが達成できる。勿論、この配線構造では高価なＭｏを用いないため低コストというメリットも付加されることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上述の第一の課題を解決するための手段を実施するためには、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の下層の銅合金中における添加金属元素の約３００℃における拡散係数Ｄが１０-21（ｍ2／ｓ）よりも小さい添加元素を決定する必要がある。このような銅合金の添加元素としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｅｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｍ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓ、Ｓｎ、Ｔｂ、Ｔｉ、Ｔｍ、Ｖ、Ｚｎが挙げられる。
【００２６】
上述の第二の課題を解決するための手段を実施するためには、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の下層の銅合金中における金属元素の固溶限がその含有量よりも大きく、かつ該金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがシリコン（またはインジウム）のそれよりも低い添加元素を選択する必要がある。
【００２７】
ここで、金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがシリコンのそれよりも低い添加元素としては、Ａｌ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｌｕ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｎｐ、Ｐｒ、Ｐｕ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔｂ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔｍ、Ｕ、Ｙ、Ｙｂ、Ｚｒが挙げられる。
【００２８】
金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがインジウムのそれよりも低い添加元素は、上述の金属元素の酸化反応の平衡酸素ポテンシャルがシリコンのそれよりも低い添加元素に加えて、Ｂ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、ＮａＮｂ、Ｒｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｎが挙げられる。
【００２９】
銅中における金属元素の含有量は１％程度が想定される。銅中における金属元素の固溶限が１％よりも大きい添加元素としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎが挙げられる。
【００３０】
従って、上述の第二の課題を解決するためのＣｕ／Ｃｕ合金膜の下層の銅合金の添加元素は、下地酸化物がシリコン酸化物（すなわちガラス基板）の場合は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｔｉが挙げられる。下地酸化物がインジウム酸化物（すなわち透明導電膜）の場合は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎが挙げられる。
【００３１】
従って、上述の第一の課題、第二の課題を同時に解決する元素としては、下地酸化物がシリコン酸化物（すなわちガラス基板）の場合は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｔｉが挙げられる。下地酸化物がインジウム酸化物（すなわち透明導電膜）の場合は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎが挙げられる。
【００３２】
以下は、上述の第一の課題、第二の課題を同時に解決する元素の中から、上述の第三の課題を解決するためのＣｕ／Ｃｕ合金膜の下層の銅合金の添加元素を探索する。
【００３３】
下地酸化物がシリコン酸化物（例えば、ガラス基板）の場合は、Ｂｅ、Ｔｉが好適である。但し、Ｂｅは毒性元素であるのでその点を考慮するとＴｉが最適である。すなわち、Ｃｕ／ＣｕＴｉ合金の配線構造が最適である。Ｃｕ中のＴｉの固溶限は２．１％なので、ＣｕＴｉ合金のＴｉ含有量は２．１％以下とすることが望ましい。
【００３４】
下地酸化物がインジウム酸化物（すなわち、透明導電膜）の場合は、Ｃｕ／Ｃｕ合金膜の加工の際に下地の透明導電膜を溶解しないように、エッチング液のｐＨを１．８以上に限定する必要がある。その場合、Ａｌ、Ｂｅ、Ｇａ、Ｔｉが好適となる。但し、Ｂｅは毒性元素であるのでその点を考慮するとＡｌ、Ｇａ、Ｔｉが最適である。すなわち、Ｃｕ／ＣｕＡｌ合金、Ｃｕ／ＣｕＧａ合金、Ｃｕ／ＣｕＴｉ合金、の配線構造が最適である。Ｃｕ中のＡｌ、Ｇａ、Ｔｉの固溶限はそれぞれ、９．４％、２２．２％、２．１％なので、ＣｕＡｌ合金のＡｌ含有量は９．４％以下、ＣｕＧａ合金のＧａ含有量は２２．２％以下、ＣｕＴｉ合金のＴｉ含有量は２．１％以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の要部断面図である。図２は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。図３は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図２に続く工程図である。図４は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図３に続く工程図である。図５は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図４に続く工程図である。図６は、本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図５に続く工程図である。
【００３６】
図１に示した液晶表示装置は、インプレインスイッチング（ＩＰＳ）型の液晶表示装置である。図１において、アクティブマトリクス基板（透明基板、以下単に基板とも言う）１は無アルカリガラスからなり、この基板１上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜２Ａ、銅合金膜２Ｂの酸化に由来する金属酸化物層８、アルミニウムを含有する銅合金膜２Ｂ、純銅（９９．５％以上）膜２Ｃをこの順で積層した走査信号線２が形成されている。また、基板１には、走査信号線２と同様の積層膜の透明導電膜２Ａで形成された共通（透明）電極４と積層膜２Ａ、８、２Ｂ、２Ｃで構成される共通信号線３が形成されている。走査信号線２と共通（透明）電極４および共通信号線３を覆ってゲート絶縁膜５が形成されている。
【００３７】
走査信号線２をゲート電極とし、アモルファスシリコンからなる半導体層６とｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７、ドレイン電極（映像信号線）９、ソース電極１０からなる薄膜トランジスタが形成されている。薄膜トランジスタを覆って保護絶縁層１１が形成され、その上に画素（透明）電極１５が形成されて、スルーホール１４でソース電極１０に電気的に接続されている。そして、最上層には配向膜１８が成膜されている。
【００３８】
一方、基板１と同様のガラス基板を好適とするカラーフィルタ基板１７の内面には、ブラックマトリクス１９で企画されたカラーフィルタ２０が形成されており、その上を覆って平坦化膜２１と、配向膜１８が成膜されている。そして、両基板の表面には偏光板２２がそれぞれ貼付されている。
【００３９】
このインプレインスイッチング型の液晶表示装置のアクティブマトリクス基板（透明基板１側）の製造方法について、図２から図６までを用いて説明する。図２から図６までの各図において、（ａ）は薄膜トランジスタ部分、（ｂ）は工程の流れを示す。図２から図６までは各フォトリソグラフィ工程に対応して区分けしたもので、各図ともフォトリソグラフィによる薄膜の加工が終わり、フォトレジストを除去した段階を示している。ここで、フォトリソグラフィ手法とは、フォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでのレジストパターン形成の一連の工程を示すものとし、繰返しの説明は避ける。以下、区分けした工程に従って説明する。
【００４０】
図２は実施例１の液晶表示装置の製造方法における最初のフォトリソグラフィにより加工工程を説明する図である。まず、無アルカリガラスからなる基板１上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜２Ａをスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜２Ａは、インジウム亜鉛酸化物、インジウム錫亜鉛酸化物であってもよい。膜厚は１０ｎｍ〜１５０ｎｍの程度であり、約５０ｎｍが好適である。続いて、アルミニウム（Ａｌ）を含有する銅合金と純銅（９９．５％以上）とをスパッタリングにより連続成膜する（Ｓ‐１）。膜厚は１００ｎｍ〜５００ｎｍの程度であり、本実施例では４００ｎｍとした。なお、銅合金の添加元素は、本実施例のアルミニウムのほか、ベリリウム、ガリウム、マンガン、チタン、バナジウム、亜鉛から選ぶことが可能であり、アルミニウム、ガリウム、チタンが好適である。ここではアルミニウムを選択した。
【００４１】
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成する（Ｓ‐２）。ここで、走査信号線２、共通信号線３を構成する部分には露光をせずレジストを厚く形成し、共通（透明）電極４を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、純銅とアルミニウムを含有する銅合金とをエッチングし（Ｓ‐３）、続いて透明導電膜をエッチングする（Ｓ‐４）。
【００４２】
次に、ハーフ露光部のレジストをアッシングにより除去する（Ｓ‐５）。アッシングの後、ハーフ露光部の純銅とアルミニウムを含有する銅合金とをエッチングし（Ｓ‐６）、レジストを剥離する（Ｓ‐７）。ここで、純銅とアルミニウムを含有する銅合金のエッチング液は、透明導電膜を溶解しないように、ｐＨが１．８から７．５の範囲内にあるようにする。
【００４３】
以上の工程により、走査信号線２（ゲート電極、走査信号線端子を含む）、共通信号線３（共通信号線端子を含む）、共通（透明）電極４が形成される。
【００４４】
図３において、まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜５と、アモルファスシリコンからなる半導体層６と、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する（Ｓ‐８）。この成膜温度は約３００℃であり、この時、フォトリソグラフィで形成した透明導電膜とアルミニウムを含有する銅合金との界面に金属酸化物層８（この場合はアルミニウム酸化物層）が形成され、これが密着層として機能する。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ‐９）、コンタクト層７，半導体層６を選択的にエッチングし（Ｓ‐１０）、レジストを剥離すると（Ｓ‐１１）、いわゆる島状パターンが形成される。
【００４５】
図４において、まず、モリブデンと純銅とをこの順序でスパッタリングにより連続成膜する（Ｓ‐１２）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ‐１３）、純銅とモリブデンとの積層膜をエッチング除去し（Ｓ‐１４）、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をエッチング除去し（Ｓ‐１５）、レジストを剥離すると（Ｓ‐１６）、ドレイン電極９（映像信号線、映像信号線端子を含む）、及びソース電極１０が形成される。
【００４６】
図５において、まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜１１をプラズマ化学蒸着法で成膜する（Ｓ‐１７）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ‐１８）、ソース電極１０上および映像信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１１にスルーホール１４を開口し、同時に走査信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１１とゲート絶縁膜５にスルーホール１４を開口し（Ｓ‐１９）、レジストを剥離する（Ｓ‐２０）。
【００４７】
図６において、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ‐２１）。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ‐２２）、画素電極１５、走査信号線端子（図示せず）、共通信号線端子（図示せず）、映像信号線端子（図示せず）のパターンをエッチング加工し（Ｓ‐２３）、レジストを剥離する（Ｓ‐２４）。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。なお、図３に表したいわゆる島状パターンと、図４に表したドレイン電極９及びソース電極１０とは、ハーフ露光技術やレジストリフロー技術などを用いて一度のフォトリソグラフィにて実施することも可能である（但し、その場合図１、図４、図５、図６の断面図においてはドレイン電極９またはソース電極１０の下に必ず半導体層６とコンタクト層７が積層する構造になる）。このアクティブマトリクス基板、すなわち薄膜トランジスタ基板にカラーフィルタ基板を貼り合わせ、間に液晶を封止して液晶表示装置を得る。
【実施例２】
【００４８】
図７は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の要部断面図である。図８は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。図９は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図８に続く工程図である。図１０は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図９に続く工程図である。図１１は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図１０に続く工程図である。図１２は、本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図１１に続く工程図である。
【００４９】
実施例２の液晶表示装置は、いわゆるＴＮ型であり、実施例１の液晶表示装置との違いは、共通電極１２がカラーフィルタ基板１７側に有する点である。また、実施例２では、薄膜トランジスタ基板１に形成する走査信号線２が、実施例１における透明導電膜を有していない。図７に示したアクティブマトリクス基板の製造方法について、図８から図１２までを用いて説明する。図８から図１２までの各図において、（ａ）は薄膜トランジスタ部分、（ｂ）は工程の流れを示す。図８から図１２までは各フォトリソグラフィの工程に対応して区分けしたもので、各図ともフォトリソグラフィ後の薄膜の加工が終わりフォトレジストを除去した段階を示している。ここで、フォトリソグラフィとは本説明ではフォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでのレジストパターン形成の一連の工程を示すものとし、繰返しの説明は避ける。以下区分けした工程に従って説明する。
【００５０】
図８において、まず、無アルカリガラスからなる基板１上にチタンを含有する銅合金２Ｄと純銅（９９．５％以上）２Ｅとをスパッタリングにより連続成膜する（Ｓ−１０１）。膜厚は１００ｎｍ〜５００ｎｍの程度であり、本実施例では４００ｎｍとした。なお、銅合金の添加元素は、本実施例のチタンのほか、ベリリウムを選ぶことが可能であるが、ベリリウムの毒性の観点から、チタンの方が好適である。
【００５１】
次に、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１０２）、チタンを含有する銅合金と純銅とをエッチングする（Ｓ−１０３）。ここで、実施例１の場合とは異なりエッチング液のｐＨは１．８以下でも構わない。次に、レジストを剥離することにより（Ｓ−１０４）、走査信号線２（ゲート電極、走査信号線端子を含む）が形成される。
【００５２】
図９において、まず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜５と、アモルファスシリコンからなる半導体層６と、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する（Ｓ−１０５）。この成膜温度は約３００℃であり、この時、図８のフォトリソグラフィで形成した透明導電膜とチタンを含有する銅合金との界面に金属酸化物層８（この場合はチタン酸化物層）が形成され、これが基板１との密着層として機能する。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１０６）、コンタクト層７，半導体層６を選択的にエッチングし（Ｓ−１０７）、レジストを剥離する（Ｓ−１０８）と、いわゆる島状パターンが形成される。
【００５３】
図１０において、まず、モリブデンと純銅とをこの順序でスパッタリングにより連続成膜する（Ｓ−１０９）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１０）、純銅とモリブデンとの積層膜をエッチング除去し（Ｓ−１１１）、n＋Ｓｉ層のエッチング加工後（Ｓ−１１２）、レジストを剥離すると（Ｓ−１１３）、ドレイン電極９（映像信号線、映像信号線端子を含む）、及びソース電極１０が形成される。
【００５４】
図１１において、まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜１１をプラズマ化学蒸着法で成膜する（Ｓ−１１４）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１５）、ソース電極１０上および映像信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１１にスルーホール１４を開口し、同時に走査信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１１とゲート絶縁膜５にスルーホール１４を開口し（Ｓ−１１６）、レジストを剥離する（Ｓ−１１７）。
【００５５】
図１２において、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−１１８）。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１９）、画素電極１５、走査信号線端子（図示せず）、映像信号線端子（図示せず）のパターンをエッチング加工し（Ｓ−１２０）、レジストを剥離する（Ｓ−１２１）。以上の工程により、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。なお、図９に表したいわゆる島状パターンと、図１０に表したドレイン電極９及びソース電極１０とは、ハーフ露光技術やレジストリフロー技術などを用いて一度のフォトリソグラフィにて形成することも可能である（但し、その場合図７、図１０、図１１、図１２の断面図においてはドレイン電極９またはソース電極１０の下に必ず半導体層６とコンタクト層７が積層する構造になる）。このアクティブマトリクス基板、すなわち薄膜トランジスタ基板にカラーフィルタ基板を貼り合わせ、間に液晶を封止して液晶表示装置を得る。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板の走査信号線を低コストで低抵抗化するのに好適な構成である。従って、液晶テレビや液晶モニターなどの産業上の利用が可能である。また、有機発光ダイオード表示装置にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図２に続く工程図である。
【図４】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図３に続く工程図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図４に続く工程図である。
【図６】本発明の実施例１にかかる液晶表示装置の製造方法を示す図５に続く工程図である。
【図７】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の要部断面図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法の図８に続く工程図である。
【図１０】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法の図９に続く工程図である。
【図１１】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法の図１０に続く工程図である。
【図１２】本発明の実施例２にかかる液晶表示装置の製造方法の図１１に続く工程図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…（アクティブマトリクス基板用の）基板、２…走査信号線、３…共通信号線、４…共通電極、５…ゲート絶縁膜、６…半導体層、７…コンタクト層、８…金属酸化物層、９…ドレイン電極（映像信号線）、１０…ソース電極、１１…保護絶縁膜、１４…スルーホール、１５…画素電極、１６…液晶、１７…カラーフィルタ用ガラス基板、１８…配向膜、１９…ブラックマトリクス、２０…カラーフィルタ、２１…平坦化膜、２２…偏光板。
【図１】
0004956461.tif 000003
【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】
0004956461.tif 000009
【図８】
0004956461.tif 000010
【図９】
0004956461.tif 000011
【図１０】
0004956461.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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