CN100417993C - 薄膜电路的接合结构 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供具备透明电极层和Al合金电极层的薄膜电路中即使不具备所谓的覆盖层，也能够实现透明电极层和Al合金电极层的直接接合的接合结构。本发明的具备透明电极层和与该透明电极层直接接合的Al合金电极层的液晶显示元件的接合结构的特征是，Al合金电极层中分散了具有-1.2V～-0.6V的范围内的氧化还原电位的析出物。

Description

薄膜电路的接合结构

技术领域

本发明涉及构成显示装置的薄膜电路，特别涉及液晶显示器这样的具备透明电极和Al合金电极的薄膜电路的接合结构。

背景技术

作为信息设备、AV设备、家电产品等的显示装置，例如采用了薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下简称为TFT)的显示器目前被广泛利用。对于这种显示器，提出了以TFT为代表的利用有源矩阵(active matrix)方式的液晶显示(LCD)或自发光型有机EL(OELD)，或利用无源矩阵(passive matrix)方式的有机EL等各种元件结构，这些元件由薄膜形成的薄膜电路构成，进行显示的控制。

上述各种显示装置的元件结构中，大多数具备以ITO电极为代表的透明电极和配线用导电性电极。该薄膜电路的结构对显示装置的品质、电力消耗、产品成本等要素有直接的影响，目前要求改善其结构的呼声与日俱增。

对于该薄膜电路的结构，以液晶显示(LCD)为例，具体来讲希望改善以下所述的技术。

趋于成为显示装置的主流的液晶显示(LCD)中，作为其薄膜电路目前广泛采用高清晰化、低成本化程度非常高的TFT的元件结构。另外，作为其薄膜电路的配线材料，采用铝(Al)合金。该TFT等薄膜电路中，在形成构成配线或电极的电极层时，大多数情况下使用铝合金薄膜，这是基于以下的原因，即由于以往使用的钽、铬、钛和它们的合金等高熔点材料的电阻率过高等原因，所以作为替代材料，电阻率低、配线加工容易的铝受到关注。

但是，已知利用该铝合金薄膜形成电极层(Al合金电极层)时，LCD中的与ITO电极层等透明电极的接触部分会出现下述现象。即，如果Al合金电极层和ITO电极层直接接合，则由于这两层的电化学特性不同，所以在该接合界面中会发生电化学反应，导致接合界面的破坏和电阻值的增加。因此，液晶显示元件使用Al合金电极层的情况下，由Mo和Cr等形成所谓的覆盖层(或接触阻挡层，以下“覆盖层”作为包括接触阻挡层的概念被使用)(例如，参考非专利文献1)。

非专利文献1：内田龙男编著，《下一代液晶显示技术》，第一版，株式会社工业调查会，1994年11月1日，p.36-38

因此，具备Al合金电极层的TFT中设置以Cr、Mo等为主材料的覆盖层。使用铝合金薄膜作为TFT构成材料时，由于覆盖层是必须要形成的，因此层叠结构变得复杂，导致生产成本的增加。此外，最近市场上出现将Cr排除出构成该覆盖层的材料的倾向，还有形成覆盖层的技术开始产生很大制约的问题。

最近的TFT制造技术中提出了若干可省去上述覆盖层的制造技术。例如，专利文献1揭示了假定与ITO电极层直接接合的Al配线膜及用于接合的溅射靶。据该专利文献1所述，采用与Al形成金属间化合物的元素或标准电极电位高于Al的元素及C、O、N、H以规定量包含于Al的Al配线膜可省去覆盖层。

专利文献1：国际公开WO 97/13885

此外，专利文献2中揭示了使用了铝合金膜和透明电极可直接接合、可省去阻挡金属的铝合金膜的显示装置及其制造方法。该专利文献2中记载了在铝合金膜和像素电极直接接触的界面，如果构成铝合金膜的合金成分的一部分或全部作为析出物或富集层存在，则能够省去阻挡金属(覆盖层)。

专利文献2：日本专利特开2004-214606

这些现有技术基本上着眼于铝合金中的合金元素或析出物(例如，金属间化合物)，大多数例示了具有直接接合的可能性的铝合金。

发明的揭示

但是，对于铝合金的各种组成及铝合金中的析出物(金属间化合物)的存在是以往就已经知道的，上述专利文献1及专利文献2只不过是对各种合金元素和金属间化合物的存在有利于直接接合的情况作出推定和确认。即，这些现有技术并没有特别明示铝合金中的合金元素或析出物等因为何种原因抑制直接接合时的界面反应。

因此，在可省去覆盖层的液晶显示元件的开发中，由于没有表示能够抑制直接接合的界面反应的具体指标，所以目前必须对各种组成的铝合金进行检验。此外，即使是能够抑制界面反应的铝合金组成，目前也很难找到能够满足液晶显示元件的所有特性，即，满足对应于所谓的欧姆接合的电流-电压特性、结电阻性、配线电阻性、耐热性等特性的适合实用的液晶显示元件的结构。

目前的现状是，与该液晶显示元件一样，可直接接合的接合结构在其它的有机EL(OELD)或利用无源矩阵方式的有机EL等的薄膜电路中被同样地要求。

本发明是以上述情况为背景完成的发明，提供薄膜电路的接合结构，通过采用该接合结构，在具备透明电极层和Al合金电极层的薄膜电路中，即使省去了覆盖层，界面反应也不会发生，可实现欧姆接合，具有良好的接合特性。进一步提供在采用液晶显示元件作为薄膜电路时，即使与以ITO电极层为代表的透明电极层直接接合，也能够切实地抑制界面反应的发生，能够满足欧姆接合特性、低结电阻、配线膜电阻、耐热性等所有液晶显示元件特性的适合于实用的极好的薄膜电路的接合结构。

为了解决上述问题，本发明者对各种铝合金与透明电极直接接合，其界面反应的现象进行认真研究后发现，如果在直接接合的接合界面存在具有规定的氧化还原电位的析出物，则能够抑制直接接合的界面反应，可实现欧姆接合，从而想到了本发明。

本发明的具备透明电极层和与该透明电极层直接接合的Al合金电极层的薄膜电路的接合结构的特征是，Al合金电极层中分散了具有-1.2V～-0.6V的范围内的氧化还原电位的析出物。

本发明者进行研究后发现，如果在Al合金电极层中存在具有接近于透明电极层的氧化还原电位值的电位、即具有相同程度的氧化还原电位的析出物，则透明电极层和Al合金电极层的电化学反应被抑制，不会引发接合界面的破坏现象和电阻增加，能够实现良好的接合特性。该“氧化还原电位”是指某一反应物的氧化还原反应中，其氧化速度和还原速度变得相同，达到平衡时的电位，即平衡电位。

析出物的氧化还原电位如果是低于-1.2V的电位值，则有接合界面中的破坏现象易发生的倾向，如果是高于-0.6V的电位值，则有Al合金电极层本身的电阻值上升的倾向。具有-1.2V～-0.6V的范围内的氧化还原电位的析出物中，作为能够切实抑制界面反应的物质，具有代表性地可例举含Al的金属间化合物。例如，Ni、Co、Fe、Nd、Y、Pd等元素和Al的金属间化合物，具体来讲，较好为Al₃Ni、Al₉Co₂、Al₃Fe、Al₇NdNi₂、Al₄Co1Ni₁、Al₄Pd、Al₃Y₁。

本发明的薄膜电路的接合结构中，Al合金电极层的混合电位较好为-1.4V～-0.6V。该混合电位是指整个Al合金电极层的电位，含析出物的状态的Al合金电极层的电位，与上述氧化还原电位的测定法相同。该混合电位如果是低于-1.4V的电位值，则在用于形成薄膜电路的所谓图案形成步骤中的显影处理时，如果使用碱性显影液，则会发生电池化学反应，易导致透明电极层的变色等不良情况。此外，如果为高于-0.6V的电位值，则Al合金电极层中的析出物量增加，在Al合金电极层中产生高电位部分和低电位部分，如果进行所谓的图案形成步骤中的腐蚀处理，则有Al本身溶解、难以形成电路的倾向。

本发明的薄膜电路的接合结构中，透明电极层由含铟系氧化物的膜形成，该透明电极和Al合金电极层的结电阻值较好为1～200Ω/□10μm。如果为超过200Ω/□10μm的结电阻值，则会失去作为液晶显示元件的实用性。作为该含铟系氧化物的膜，有常用的氧化铟系透明电极(ITO膜(Indium Tin Oxide)、IZO膜(Indium Zinc Oxide))。此外，该结电阻值是构成所谓的开尔文元件进行测定的值，本发明中规定的结电阻值是在10μm见方的接触面中测得的值。

此外，本发明的薄膜电路的接合结构中，Al合金电极层的在300℃进行1小时的热处理后的电阻率较好为3.5～35μΩcm，此外，在300℃进行1小时的热处理后的Al合金电极层表面形成凹痕的发生率较好是在3.0％以下。电阻率值如果超过35μΩcm，则无法形成适用于实用的薄膜电路，更好是在10μΩcm以下，再好是在5.0μΩcm以下。此外，凹痕是指在热处理后的Al合金电极层表面形成的凹状缺陷，与小丘(hillock)这样的突起相反，它是因体积收缩而产生的。凹痕发生率是用电子扫描显微镜(SEM：1万倍)对热处理后的Al合金电极层表面进行观察、测定在表面观察到的凹状部的面积、由该观察到的整个视野面积中凹状部的面积所占的比例算出的值。该凹痕发生率如果超过3.0％，则在直接接合透明电极层时有无法实现良好的接合状态的倾向。

上述本发明的液晶显示元件的接合结构中，较好的是Al合金电极层含有0.5～25at％的镍，较好的是含有0.1～7.0at％的钴及/或铁。此外，还可以含有0.1～3.0at％的钕。这些元素可使上述作为含Al金属间化合物的析出物在Al合金电极层中存在，使界面反应被抑制，从而可切实实现与透明电极层的直接接合。

含镍的Al合金电极层中，如果镍含量未满0.5at％，则析出物量减少，界面反应的抑制效果不充分。如果超过25at％，则配线电阻值变得过大，无法形成适用于实用的接合结构。另外，钴或铁与镍同样，如果其含量未满0.1at％，则析出物量减少过度，界面反应的抑制效果不充分，而超过7.0at％，则配线电阻值变得过大，不适合实用。此外，还含有钕的情况下，如果其含量未满0.1at％，则有产生凹痕的倾向，如果超过3.0at％，则在与透明电极层直接接合时，其接合耐久性有下降的倾向。

本发明的液晶显示元件的接合结构中，Al合金电极层中最好含有0.1～3.0at％的碳。该碳具有防止产生小丘和凹痕的使耐热特性上升的作用。此外，根据本发明者等的研究推定，如果含有碳，则有使Al合金电极中的析出物的界面反应的抑制效果提高的作用。该碳的含量如果未满0.1at％，则有易产生凹痕的倾向，如果超过3.0at％，则有Al合金电极层的电阻率增加的倾向。

本发明的薄膜电路的接合结构中，特别理想的是薄膜电路为液晶显示元件的同时，透明电极层为ITO电极层，析出物为具有透明电极层的氧化还原电位值±0.2V的范围内的氧化还原电位的Al系金属间化合物。即使省去了以往的液晶显示元件中所用的覆盖层，也可构成不会发生界面反应、能够实现欧姆接合的液晶显示元件。

将本发明用于液晶显示元件时，作为析出物的Al系金属间化合物特好为Al₃Ni。该Al系金属间化合物的平均粒径较好为10～150nm，在作为透明电极层的ITO电极层和作为Al合金电极层的析出物的Al系金属间化合物的界面形成的接合扩散层的厚度较好为3～20nm。如果形成该接合结构，则作为液晶显示元件，可实现低结电阻特性和高接合耐久性。

将本发明用于液晶显示元件的接合结构时，Al合金电极层特好是0.5～7.0at％的镍、0.1～3.0at％的碳和余分为铝的组成。如果Al合金电极层为该组成，则即使形成与透明电极直接接合的接合结构，也可切实地抑制界面反应，实现欧姆接合，具备良好的结电阻性和接合耐久性，形成不产生小丘和凹痕的配线的实用上能够完全满足液晶显示元件所要求的所有特性的结构。

附图的简单说明

图1为利用TEM观察实施例的Al合金电极层和Si层的接合部截面的照片。

图2为利用TEM观察实施例的Al合金电极层和ITO电极层的接合部截面的照片。

图3为图2的接合部截面的放大照片。

图4为ITO电极层和Al合金电极层交替层叠而形成的试验样品的立体简图。

图5为实施例的电流-电压特性的测定效果图。

图6为比较例的电流-电压特性的测定效果图。

图7为接合耐久特性的阿雷尼厄斯图。

图8为表示施加于电极层的应力和热处理温度的关系的图。

图9为表示结电阻和ITO电位差的关系的图。

图10为热处理后的Al合金电极层表面的SEM观察照片。

图11为表示与IZO电极层的寿命耐久试验的结果的结电阻值图。

实施发明的最佳方式

以下，对本发明的最佳实施方式进行说明。

实施方式1

该实施方式1中，对将含镍(Ni)和碳(C)的铝合金薄膜作为Al合金电极层使用时的情况进行说明。此外，作为比较，以含钕(Nd)的铝合金薄膜作为Al合金电极层的情况为例。这里的实施例1及比较例1的Al合金电极层的各组成如表1所示。

表1

电极层	Al	Ni	C	Nd
					实施例1	96.8	3.0	0.2	-
比较例1	98.0	-	-	2.0

(at％)

此外，形成各电极层时的薄膜形成在功率密度3.0瓦/cm²、氩气流量100ccm、氩气压力0.5Pa的条件下利用磁控管·溅射装置实施。

首先，对本发明的液晶显示元件的接合结构进行说明。图1～3中，对ITO电极层和实施例1的Al合金电极层的接合结构的接合部进行观察的结果进行说明。图1所示为用透射型电子显微镜(TEM)对实施例1的Al合金电极层和Si层的接合部进行观察所得的照片，图2、3所示为用透射型电子显微镜(TEM)对实施例1的Al合金电极层和ITO电极层的接合部进行观察所得的照片。

图1是准备在n形Si基板(照片中的下半部分的黑色部分)表面层叠有p形a-Si层(照片中位于中央部分的约80nm厚的白色部分)、在该p形a-Si层的表面形成有实施例1的Al合金电极层(照片中的上半部分的约200nm厚的部分)的试样，在250℃的温度下进行1小时的热处理，再利用FIB进行加工达到可观察试样截面的程度，然后利用TEM(倍率10万倍)进行观察而得的照片。此外，通过电子射线衍射图像对截面的数个地方进行结晶结构的特定，鉴定该部分的组织。通过图1的截面观察，判定如果将实施例1的Al合金电极层与Si层接合并进行热处理，则在Al合金电极层和Si层的界面有Al₃Ni(照片中的符号4的部分)这样的金属间化合物析出。

图2是准备在ITO(In₂O₃-10wt％SnO₂)电极层(照片中的中央下侧的约150nm厚的发黑的部分)形成了实施例1的Al合金电极层(照片中的中央上侧的约200nm厚的发白的部分)的试样，在300℃的温度下进行1小时的热处理，再利用FIB进行加工达到可观察试样截面的程度，然后利用TEM(倍率10万倍)进行观察而得的照片。图3是将图2的接合部界面放大(倍率100万倍)后的照片。由图3的放大照片确认ITO电极层侧(照片中下侧的黑色部分)和Al合金电极层侧(照片中上侧的白色部分)之间有瘤状的析出物。该析出物判定为图1确认的Al₃Ni金属间化合物。

由图1～图3的观察结果可判定，如果将实施例1的Al合金电极层和ITO电极层直接接合，则通过其后的热处理在界面会析出粒径约为10～150nm的Al₃Ni金属间化合物(图1中的符号4)。此外，通过图3的放大观察，看到在实施例1的Al合金电极层和ITO电极层的接合界面析出的Al₃Ni金属间化合物附近有形成为扩散接合的状态的部分，即约3～20nm厚的层状扩散部分。

以下，对实施例1和比较例1的Al合金电极层和ITO电极层接合时的电流-电压特性的调查结果进行说明。该接合耐久试验是制作图4所示的试验样品而进行的试验。试验样品是被称为所谓的开尔文元件的结构体，如图4所示，在ITO(In₂O₃-10wt％SnO₂)电极层(0.2μm厚)上正交形成Al合金电极层(0.2μm厚)，可从箭头部分的端子部(10，40)进行通电。其电流-电压特性通过在端子间施加电压时测定在端子间流过的电流来判定。此外，接合部的面积为100m²(10μm×10μm)。

图5及图6所示为实施例1和比较例1的Al合金电极层和ITO电极的电流-电压特性的测定结果。图5为实施例1的测定结果，图6为比较例1的测定结果。此外，各测定结果的图中，实线表示未进行热处理(as-depo)的情况，虚线表示在250℃进行了1小时的热处理的情况。

从图5判定确认，实施例1的Al合金电极层不管有没有进行热处理，其电流-电压特性都呈线性关系。藉此判定实施例1的Al合金电极层和ITO实现了欧姆接合。另一方面，从图6判定，比较例1的Al合金电极层中，进行了热处理时产生非线性的电流-电压关系。这表示比较例1的Al合金电极层和ITO的接合形成为具有整流作用的结构，预想它与所谓的普尔-弗兰格尔原理中所述的金属-绝缘体-金属的结构(MIM结构)相同。即，推测比较例1的Al合金电极层和ITO通过热处理接合的界面上形成了氧化铝的氧化膜。此外，这里所示的电流-电压特性如图4所示，由于是在二端子间(图4中的符号10、40)测定电流和电压，所以它是以含正交形成的接合部分以外的配线部分(Al合金电极层和ITO)的配线电阻的状态获得的结果。

以下，对与ITO电极的接合耐久试验的结果进行说明。该接合耐久试验是制作上述图4所示的试验样品进行试验。试验样品与上述同样，在ITO(In₂O₃-10wt％SnO₂)电极层(0.2μm厚)上正交形成Al合金电极层(0.2μm厚)，可从箭头部分的端子部进行通电。通过测定该端子间电阻，再测定直至该端子间电阻发生变化的通电时间，藉此评估通电耐久特性。作为电极层，采用实施例1、比较例1及作为以往例的在纯Al电极层和透明电极间形成了覆盖层的构成材料之一的Cr膜(0.05μm厚)的结构这3种电极层。测定在大气氛围气中进行，电流值采用10μA、3mA 2种，将接合部的电阻值达到初期值的100倍时的时间点作为寿命特性，通电时的温度为85℃、100℃、150℃、200℃、250℃。

图7表示测定各温度下的接合部的电阻上升(达到初期值的100倍的时间点)发生的时间，将该寿命时间对应于通电时保持温度的倒数采用阿雷尼厄斯作图法作出的图。图7中，纵轴表示寿命时间，横轴表示1000/绝对温度。从由该阿雷尼厄斯作图法作图外插所得的一次直线的倾斜度算出引发接合部的电阻上升的活化能，实施例1中该值为1.35eV，比较例1中该值为0.42eV。由该结果可确认，实施例1的Al合金电极层具有比较例1的约3.3倍的活化能。此外，对实施例1而言，推测在85℃具有约7万小时的耐久性，与作为以往例的存在Cr膜的电极层的情况的结果相近。

以下，对实施例1的Al合金电极层的小丘特性的研究结果进行说明。该小丘是指通过溅射在晶片基板上形成铝合金膜，进行配线加工后通过CVD法形成绝缘膜时，对经过配线加工的铝合金膜以300～400℃加热，在铝合金膜的表面产生的瘤状突起。因此，认为小丘是因为热处理在铝合金膜施加应力而引发的。所以，分别在Si晶片基板上形成纯Al合金电极层和实施例1的Al合金电极层，对加热时在电极层上产生的应力发生怎样的变化进行了研究。具体来讲，制作通过溅射在φ100mm的Si晶片基板上层叠了厚0.2μm的电极层的试样。然后，利用激光应力测定装置FLX-2320(KLA TENCOR公司制，氮气流(5L/分钟)，固体激光670nm)，通过激光对在电极层产生的应力进行测定。其测定结果如图8所示。

图8表示从室温升温至500℃、然后从500℃降温至100℃时的各温度下的电极层的应力状态的测定结果(升温·降温速度5℃/分钟)。负的应力值表示向电极层施加压缩应力的状态，正的应力值表示向电极层施加拉伸应力的状态。粗线所表示的是实施例1的情况，细线所表示的是纯Al的情况。由纯Al的应力状态可知，从升温时的180℃附近至约400℃为止连续有-100MPa的应力值，这表示在对纯Al电极层施加压缩应力时出现产生小丘、缓解了该压缩应力的现象。另一方面，实施例1的情况是，出现升温时的200℃附近负应力被很大程度地缓解了的状态，这是由于在实施例1的Al合金电极层上析出了Al₃Ni金属间化合物的缘故。即，对实施例而言，确认了由于有Al₃Ni金属间化合物析出，缓解了施加于Al合金电极层的压缩应力，不会产生小丘。

接着，对作为实施例1、比较例1、覆盖层的构成材料的Cr、Mo、ITO膜、Al₃Ni的氧化还原电位的测定结果进行说明。进行该氧化还原电位的测定是利用溅射装置在玻璃基板上形成各种组成的规定厚度(0.2μm)的薄膜，从该玻璃基板切出一部分作为电位测定试样。然后，遮盖该电位测定试样表面使相当于1cm²的面积露出，形成测定用电极。采用3.5％氯化钠水溶液(液温27℃)，以银/氧化银为参比电极进行氧化还原电位的测定。此外，ITO膜使用In₂O₃-10wt％SnO₂的组成的膜。其结果示于表2。

表2

试样	氧化还原电位(V)
		实施例1	-1.02
比较例1	-1.58
		Al<sub>3</sub>Ni	-0.73
Cr	-0.78
		Mo	-0.51
ITO膜	-0.82

如表2所示，确认实施例1的氧化还原电位值与ITO膜的该值非常接近。此外，判定金属间化合物Al₃Ni与Cr同样，其氧化还原电位与ITO膜的该值非常接近。

然后，对与ITO电极层的结电阻评价进行说明。图9是由各电极层分别与ITO电极层接合而测得的电阻值的结果与各电极层的氧化还原电位与ITO的氧化还原电位的差值作出的图。测定方法是制作图7所示的试验样品，对未进行热处理(as-depo)、进行热处理(200℃、250℃、300℃的各温度下进行1小时的退火处理后)的试样测定其电阻值。

结电阻值的测定利用图4所示的试验样品进行，在ITO(In₂O₃-10wt％SnO₂)电极层40(0.2μm厚)上交叉形成电极层10(0.2μm厚)，从箭头部分的端子部通电，测定电阻，算出膜的重叠部分(10μm×10μm)的结电阻。作为电极层，采用表1所示的实施例1、比较例1及纯Al膜与Cr膜层叠的结构这3种电极层。该层叠结构的电极层是在0.03μm的Cr膜上形成了0.2μm的纯Al膜而形成的电极层。此外，由表2所示的氧化还原电位值算出ITO和各电极层的电位差，将此作为横轴，以测得的各结电阻值作为纵轴作图(图9)。

从图9可确认，存在具有与ITO的氧化还原电位几乎同等水平的电位的Cr膜的电极的结电阻非常低。对于实施例1和比较例1的Al合金电极层，确认与ITO的电位差不太大的实施例1的结电阻较低，而比较例1的Al合金电极层如果进行热处理，则其结电阻明显增大。此外，上述结电阻的测定以在ITO电极层上形成了Al合金电极层的情况为例，但确认即使是在Al合金电极层上形成了ITO电极层的相反的结构，也可获得同样的结电阻特性。

从以上的结果可知，由于实施例1的Al合金电极层的氧化还原电位本身与ITO的该值接近，所以与ITO电极层直接接合时的结电阻也较低，通过进一步进行热处理，在接合界面析出Al₃Ni金属间化合物，由此显现出良好的接合特性。其理由推测为Al₃Ni的氧化还原电位与ITO的该值非常接近，所以很难发生与ITO的电化学反应，这样就不会引起接合部的破坏等。

因此，判定形成与ITO膜的透明电极直接接合的Al合金电极层时，在ITO电极层和Al合金电极层的界面析出了具有ITO电极的氧化还原电位值±200mV的范围内的氧化还原电位的Al系金属间化合物(Al₃Ni)的接合结构，能够显现出良好的接合特性。此外，推测该Al系金属间化合物(Al₃Ni)的平均粒径较好为10～150μm，由析出于界面的Al系金属间化合物形成的接合扩散层的厚度较好为3～20nm。

实施方式2

在以下的实施方式2中，采用镍、钴、铁、钕、碳，形成各种组成的Al合金电极层，对液晶显示元件的特性的研究结果进行说明。表3所示为实施方式2中探讨的Al合金电极层的组成。该表3所示的各合金膜在与实施方式1所示的同样的成膜条件下形成。

表3

	组成	析出物	析出物电位	混合电位
						at％		V	V
实施例2	Al-0.3C-3.0Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-1.02
					实施例3	Al-0.5C-3.0Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-1.05
实施例4	Al-0.3C-5.0Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-1.01
					实施例5	Al-1.0Nd-2.0Ni	Al<sub>7</sub>NdNi<sub>2</sub>	-0.92	-1.05
实施例6	Al-0.2C-2.0Ni-3.0Co	Al<sub>8</sub>Co<sub>1</sub>Ni<sub>1</sub>	-0.70	-0.93
					实施例7	Al-3.0Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-1.04
实施例8	Al-10Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-0.86
					实施例9	Al-25Ni	Al<sub>3</sub>Ni	-0.73	-0.73
实施例10	Al-2.0Fe	Al<sub>3</sub>Fe	-1.08	-1.37
					实施例11	Al-2.0Co	Al<sub>9</sub>Co<sub>2</sub>	-1.09	-1.25
实施例12	Al-Pd	Al<sub>4</sub>Pd	-0.94	-1.10
					实施例13	Al-4Y	Al<sub>3</sub>Y<sub>1</sub>	-0.70	-0.86
比较例2	Al-2.0Nd	Al<sub>11</sub>Nd<sub>3</sub>	-1.53	-1.58
					比较例3	纯Al	-	-	-1.68
比较例4	纯Cr	-	-	-0.78

表3所示为实施例2～13、比较例2～4的各组成的合金膜、这些合金膜中的析出物、析出物的氧化还原电位，以及合金膜的混合电位的测定结果。电位测定方法与表2所述方法相同。

以下，将表3中的实施例2～9、比较例2～4的各组成的合金膜的电阻率、耐热性、凹痕特性的研究结果示于表4。

表4

	电阻率μΩ·cm	小丘耐热性℃	凹痕发生率％
				实施例2	3.76	400	0
实施例3	4.12	400	0
				实施例4	4.02	400	0
实施例5	3.43	400	0
				实施例6	5.46	530	0
实施例7	3.74	400	0.80
				实施例8	10.0	500	1.14
实施例9	31.6	500	2.40
				比较例2	4.13	400	0
比较例3	3.00	200	产生小丘
				比较例4	13.2	-	0

电阻率是在玻璃基板上形成各合金膜的单膜(厚约0.3μm)，用4端子电阻测定装置测得的于300℃进行1小时的热处理后的膜的电阻率。此外，在玻璃基板上形成各合金膜的单膜(厚约0.3μm)，在100℃、200℃、300℃、400℃各温度下进行1小时的热处理后，利用电子扫描显微镜(SEM)观察膜表面，将确认存在0(sub)μm以上的突起物的温度作为评价小丘耐热性的温度示于表4。另外，与电阻率的测定同样，用SEM(1万倍)观察于300℃进行了1小时的热处理后的膜表面，特定在表面观察到的凹状部分(直径0.3μm～0.5μm)，测定存在于观察视野中的凹状部分的总面积，算出凹状部分的总面积在该整个视野面积中所占的比例，将此作为凹痕发生率。表4中所示的是由各膜表面的5处不同的地方算出的凹痕发生率的平均值。

从表4可知，实施例2～6的合金薄膜，在未满400℃的温度下无小丘产生，也无凹痕产生。但是，实施例7～9的合金膜，确认其有产生凹痕的倾向。这是因为实施例2～4、6的组成中含有碳及实施例5的组成中含钕的缘故，这样可判定碳和钕能够防止小丘和凹痕的产生。

另外，表3中的实施例2～9、比较例2～4的各组成的合金膜的与ITO电极层直接接合时的电压-电流特性、接合特性(接触电阻、接合耐久性)的研究结果示于表5。此外，作为实施方式2中的研究接合特性的试验样品，为了实现良好的接合状态，使用在直接接合透明电极层和各合金膜层后进行了规定的热处理(惰性气体(氮气、氩气)气氛中，300℃，60分钟)的样品。

表5

表5所示的电流-电压特性与实施方式1的图5、6所述的方法同样进行测定，制作各电流-电压特性图，利用该图判定是否出现整流作用。

此外，关于接合特性的研究，形成各合金膜，将在该膜上形成了ITO膜的情况作为接合特性1，将在ITO电极层上形成了各合金膜的情况作为接合特性2。另外，接合特性的结电阻值是，形成与实施方式1的电流-电压特性的测定同样的开尔文元件，在250℃进行1小时的热处理后流过3mA的电流，电压产生急剧变化时的结电阻值。此外，关于进行接合特性1的测定的开尔文元件的制作是，首先利用溅射在基板上形成合金膜，再进行腐蚀将该合金膜形成为直线电路，然后在其表面形成非晶态的ITO膜，利用不溶解处于基底的合金膜的直线电路的弱酸，即草酸系腐蚀液仅对ITO膜进行腐蚀，与处于基底的合金膜的直线电路垂直相交形成ITO膜的直线电路，制得开尔文元件。

关于接合耐久性，分别制作实施方式1的图7所示的阿雷尼厄斯图，由外加电流3mA、10μA条件下的阿雷尼厄斯线的倾斜度，估计其活化能，以85℃时的接合耐久时间判定接合耐久性(该接合耐久性的测定以JIS-C-5003电子部件的故障率试验法、JIS-C-0021加热试验法作为参考进行)。

从表5的结果可判定，实施例2与Cr膜相比，虽然其结电阻值略高，但具备与作为覆盖层使用的Cr相同程度的接合特性。此外，判定实施例3及4、实施例6～9的结电阻值及接合耐久性两者都可满足实用上的特性要求。实施例5的接合特性2的接合耐久性不佳，认为这是形成直接接合的结构的步骤有所不同所造成的影响。

实施方式3

实施方式3中，对实施例4(Al-0.3at％-5.0at％)的Al合金电极层的结电阻特性和热处理的关系的研究结果进行说明。

结电阻的测定与上述实施方式2的表5中所述的接合特性1(在ITO膜上接合Al合金电极层)同样进行。实施方式3中的测定结电阻值的试验样品采用透明电极层(ITO膜)和Al合金电极层直接接合后在惰性气体(氮)气氛中于250℃、300℃、350℃这3种温度下进行了热处理(60分钟)的样品。其结果示于表6。

表6

热处理温度	结电阻值Ω(□10μm)
		250℃	220
300℃	120
		350℃	100

图10所示为制作通过溅射(功率密度3.0瓦/cm²，氩气流量100ccm，氩气压力0.5Pa)在玻璃基板上形成了0.2μm厚的Al合金电极层的试验样品，在氮氛围气中对该试验样品进行1小时的热处理(200℃～400℃)，用电子扫描显微镜(SEM：10000倍)对热处理后的试验样品表面进行观察所得的结果。

由表6可知，确认如果接合后的热处理温度变高，则结电阻值变小。此外，如图10所示，可明确确认通过300℃～400℃(D、E、F)的热处理，在形成的Al合金电极层中有Al金属间化合物(Al₃Ni)析出物(各观察照片中见白的斑点部分)存在，同时确认温度越高该析出物越大。另外，虽然在图10的B(200℃)、C(250℃)中虽然未明确有析出物出现，但考虑实施方式1所示的图1的结果，认为在Al合金电极层中有Al金属间化合物(Al₃Ni)析出。

从表6及图10的结果可看出，为实现结电阻值达到200Ω/□10μm以下的接合状态，进行280℃以上的热处理是有效的。这是因为通过进行某一程度的热处理，在Al合金电极层中分散存在适度的Al金属间化合物的同时，该析出的Al金属间化合物会发生某种程度的凝集，形成合适的粒径，能够实现良好的接合状态的缘故。此外，考虑Al合金电极层的耐热性和各种元件的制造条件等，从实用上来讲该热处理的上限温度以400～500℃为宣。

实施方式4

最后，在该实施方式4中，对上述实施例2、实施例4、实施例5、比较例2的组成的Al合金电极层与作为透明电极的IZO电极层接合时的接合特性的研究结果进行说明。

该实施方式4中，对上述实施方式2中的接合特性1进行了研究。即，形成各合金膜，在各合金膜上通过IZO靶(In₂O₃-10.7wt％ZnO)形成IZO膜。该试验样品的制造条件、接合特性1的测定方法与上述实施方式2相同。但是，该实施方式4的研究接合特性1的试验样品的构成开尔文元件时的接合面积为2500μm²(50μm×50μm)。结电阻值的测定结果示于表7，寿命耐久试验结果示于图11。表7、图11所示的结电阻值是对制作试验样品后在惰性气体(氮气)氛围气中于250℃进行了热处理(60分钟)后的样品进行测定的结果。

表7

从表7所示的结果可看出，实施例2、实施例4、实施例5及比较例2在与IZO电极层的接合中，都显现出良好的结电阻值。但从图11的寿命耐久试验结果可知，实施例2、实施例4、实施例5的耐久时间即使超过200小时，其结电阻值也未见有较大变化。另一方面，比较例2从超过20小时左右开始，可见结电阻值急剧增加，确认接合部分遭到破坏。、

产业上利用的可能性

如上所述，本发明的具备透明电极层和Al合金电极层的薄膜电路中，即使省去了覆盖层，也不会发生界面反应，可实现欧姆接合，能够构成具有良好的接合特性的薄膜电路。此外，作为薄膜电路采用液晶显示元件时，即使与以ITO电极层为代表的透明电极层直接接合，也可切实地抑制界面反应的发生，能够形成可满足欧姆接合特性、低结电阻、配线膜电阻、耐热性等所有的液晶显示液晶特性的适合于实用的极好的薄膜电路。

Claims (6)

1. 薄膜电路的接合结构，它是具备透明电极层和与该透明电极层直接接合的Al合金电极层的薄膜电路的接合结构，其特征在于，Al合金电极层由含有2.0～25at％的镍的Al合金构成、且分散了具有-0.92V～-0.73V的范围内的氧化还原电位的析出物。

2. 如权利要求1所述的薄膜电路的接合结构，其特征还在于，前述析出物为含Al的金属间化合物。

3. 如权利要求1或2所述的薄膜电路的接合结构，其特征还在于，Al合金电极层的混合电位为-1.05V～-0.73V。

4. 如权利要求1所述的薄膜电路的接合结构，其特征还在于，透明电极层由含铟系氧化物的膜形成，该透明电极和Al合金电极层的结电阻值为30～150Ω/□10μm。

5. 如权利要求1所述的薄膜电路的接合结构，其特征还在于，Al合金电极层在300℃进行1小时的热处理后的电阻率值为3.74～31.6μΩcm。

6. 如权利要求1所述的薄膜电路的接合结构，其特征还在于，Al合金电极层的在300℃进行1小时的热处理后的Al合金电极层表面形成的凹痕发生率在2.4％以下。

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