CN101335203B - 层叠构造及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠构造及其制造方法，其不增加氧化物透明导电膜和Al合金膜之间的接触电阻且直接连接氧化物透明导电膜和Al合金、布线电阻小，在显影液等电解质液中不易发生电池作用腐蚀。其中制造层叠构造的方法具备有：在基板上形成所述氧化物透明导电膜的第一工序、在该氧化物透明导电膜上形成含有离子化倾向比铝小的合金成分的Al合金膜的第二工序、在由铝和所述合金成分构成的金属间化合物的析出温度以上，对所述Al合金膜进行加热的第三工序。

Description

层叠构造及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种层叠构造及其制造方法，该层叠构造用作在薄型显示装置使用的薄膜晶体管的源电极及漏电极等各种电极、反射电极，或者用于连接它们的布线、存储电容电极以及公共电极。
背景技术
Al合金因比电阻低、加工容易等的特点，而在液晶显示装置、等离子显示装置、场致发光显示装置、场致发射显示装置等薄型显示装置(FPD)领域被广泛应用于布线膜、电极膜、反射电极膜、存储电容电极及公共电极的薄膜材料等。
例如，专利文献1公开了一种层叠构造，其在氧化物透明电极即ITO膜上形成有低电阻金属的Al合金膜。
专利文献1：日本特开平11-352515号公报
作为这种层叠构造的电气特性，可实现降低Al合金膜的比电阻及氧化物透明导电膜与Al合金膜之间的接触电阻。
例如，在将层叠构造应用于液晶显示装置的扫描线及信号线的情况下，现有的层叠构造中对于Al合金膜和氧化物透明导电膜之间的接触电阻，不可避免存在下述问题，即布线宽度宽且长、与氧化物透明导电膜的接触面积大，而随着液晶板的高精度、布线窄间距化、像素的高开口度化的进步布线宽度变细，就不能忽视Al合金膜和氧化物透明导电膜之间的接触电阻。
另外，在对由形成于基板上的Al合金膜与氧化物透明导电膜构成的层叠构造进行构图时，若使用光致抗蚀剂的显影液(例如，TMAH(四甲铵氢化物)为主成分的物质)，则存在使Al合金膜产生电池作用腐蚀，致使Al合金膜从ITO膜上剥离的问题。之所以产生电池作用腐蚀，分析认为是由于在电解质液(例如上述显影液)中的铝与氧化物透明导电薄膜之间的电位差大的缘故。
另一方面，还有一种方法是，通过在铝中添加合金成分来降低接触电阻，反而使Al合金自身的比电阻上升，特别是在应用于扫描线及信号线的情况下，存在信号传输速度延迟的问题。因此，在铝中添加合金成分的方法还是有局限的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种层叠构造及其制造方法，其不增加氧化物透明导电膜与Al合金膜之间的接触电阻，而是Al合金直接连接，布线电阻小，在显影液等电解质液中不易产生电池作用腐蚀。
可解决上述问题的本发明的层叠构造的制造方法，
是一种制造氧化物透明导电膜和Al合金膜直接连接的层叠构造的方法，其具有：在基板上形成上述氧化物透明导电膜的第一工序、在该氧化物透明导电膜上形成含有离子化倾向比铝小的合金成分的Al合金膜的第二工序、出于在界面上使合金成分析出的目的而将上述Al合金膜加热到由铝和上述合金成分构成的金属间化合物的析出温度以上的第三工序。
在上述的制造方法中，优选在第二工序结束之后进行上述第三工序的加热。
在上述的制造方法中，优选在第二工序的进行过程中，进行上述第三工序的加热。另外也可以在第二工序的进行过程中及结束后这两个阶段进行上述第三工序的加热。
在上述的制造方法中优选，离子化倾向比铝小的上述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％，上述第三工序中的加热温度为200℃以上。
另外，可解决上述问题的本发明的层叠构造，
是具有形成于基板上的氧化物透明导电膜和与该氧化物透明导电膜直接连接的Al合金膜的布线结构，其中，所述Al合金膜含有离子化倾向比铝小的合金成分，并且由铝和所述合金成分构成的金属间化合物在与所述氧化物透明导电膜的连接界面析出。
上述的层叠构造优选离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％。
根据本发明，由于不增加添加到Al合金膜的合金成分可防止电池作用腐蚀，同时可降低氧化物透明导电膜和Al合金膜之间的接触电阻，因而不仅可提高显示装置的成品率，还可提高显示装置的显示品质。
附图说明
图1是表示应用了非晶硅TFT基板的代表性的液晶显示器的构成的简略剖面放大说明图；
图2是表示本发明的实施方式的TFT基板的构成的简略剖面说明图；
图3是表示如图2所示的TFT基板的制造工序之一例的说明图；
图4是表示如图2所示的TFT基板的制造工序之一例的说明图；
图5是表示如图2所示的TFT基板的制造工序之一例的说明图；
图6是表示如图2所示的TFT基板的制造工序之一例的说明图；
图7是表示包含于AL-Ni-La合金摸中的Ni浓度的深度方向的构成的图。
图8是表示用于测量Al合金膜和ITO膜之间的接触电阻开尔文图案(TEG图案)的图；
图9是表示Al合金膜的剥离率(相对于ITO膜)的图；
图10是表示加热处理后的Al合金膜的剥离率(相对于ITO膜)的图；
图11是表示Al合金膜的剥离率(相对于ITO膜)的图；
图12是表示加热处理后的Al合金膜的剥离率(相对于ITO膜)的图；
符号说明
1：TFT基板
1a、1b：玻璃基板
2：对置电极
3：液晶层
4：薄膜晶体管(TFT)
5：透明像素电极
6：布线部
7：公共电极
8：滤色器
9：遮光膜
10a、10b：偏光板
11：定向膜
12：TAB带
13：驱动电路
14：控制电路
15：衬垫
16：密封材料
17：保护膜
18：扩散板
19：棱镜薄板
20：导光板
21：反射板
22：背光灯
23：保持架
24：印刷线路板
25：扫描线
26：栅极
27：栅极绝缘膜
28：源极
29：漏极
29a：漏极布线部
30：保护膜(氮化硅膜)
31：光致抗蚀剂
32：接触孔
33：非晶硅沟道层(活性半导体膜)
34：信号线(源极—栅极布线)
35：Al合金膜(Al-Ni-La合金膜)
40：氧化物透明导电膜
41、42、43：氧化物透明导电膜
44：氮化硅膜
45：反射电极
55：非掺杂氢化非晶硅膜(a-Si-H)
56：n+型氢化非晶硅膜(n+a-Si-H)
100：液晶显示装置
具体实施方式
下面，参照附图来说明基于本发明观点的层叠构造及其制造方法的最佳实施方式。首先，为了说明基于本发明观点的层叠构造最佳的应用部位，而通过实例根据液晶显示装置的整体图按顺序说明液晶显示装置。
下面，代表性地举例说明具备有非晶硅TFT基板或者多晶硅TFT基板的显示装置中的层叠构造及其制造方法，但是，本发明并非仅局限于此，而是在可适于上述及下述宗旨的范围内加以适当变更进行实施，这些都包含于本发明的技术范围。本实施方式中的层叠构造，同样可应用于例如反射型液晶显示装置等反射电极、为了与外部的信号的输入输出而使用的TAB(自动接合薄片)连接电极、存储电容电极及公共电极。
1.液晶显示装置
参照图1来说明有源矩阵变换电路型液晶显示装置所采用的代表性的液晶显示器的构成及工作原理。在此，虽然作为活性半导体层以使用了氢化非晶硅的TFT基板(下面有时称为“非晶硅TFT基板”)的例子为代表进行说明，但并非仅局限于此，也可以是使用了多晶硅的TFT基板。
如图1所示，液晶显示装置100具有：TFT基板1、与TFT基板1对置配置的对置基板2、配置于TFT基板1与对置基板2之间并作为光调制层起作用的液晶层3。其中，TFT基板1具有配置于绝缘性玻璃基板1a上的TFT4、透明像素电极5、包含扫描线及信号线的布线部6。透明像素电极5由氧化铟(In2O3)中包含10质量％左右氧化锡(SnO)的ITO膜等氧化物透明导电膜形成。TFT基板1受通过TAB绝缘带12连接的驱动电路13及控制电路14驱动。
对置基板2在TFT基板1侧具有：形成于绝缘性玻璃基板1b的整个面的公共电极7、配置于与透明像素电极5对置的位置的彩色滤光膜8、配置于与TFT基板1上的TFT4及布线部6相对置的位置的遮光膜9。对置基板2还具有勇于使包含于液晶层3的液晶分子在规定的方向进行定向的定向膜11。
在TFT基板1及对置基板2的外侧(液晶层3的相反侧)分别配置有偏光板10a、10b。
液晶显示装置100利用对置电极2和透明像素电极5之间形成的电场控制液晶层中的冶金分子的定向方向，对穿过液晶层3的光进行调制。这样，控制穿过对置基板2的光的光通量并使像素进行显示。
2.TFT基板
下面，参照图2详细说明液晶显示装置所使用的现有的非晶硅TFT基板的构成及工作原理。图2是图1中A的关键部位的放大图。
如图2所示，玻璃基板1a上层叠由氧化物透明导电膜42及扫描线(栅极布线)25。另外，层叠有氧化物透明导电膜42及栅电极26。为了控制TFT的开、关而将扫描线25电连接于栅电极26。
而且，以覆盖栅电极26的形式形成有栅极绝缘膜(硅氧化膜)27。以隔着栅极绝缘膜27与扫描线相交叉的形式形成有信号线(源—漏极布线)34，信号线24的一部分作为TFT的源电极28发挥作用。栅电极27上依次形成有非晶硅心倒膜(活性半导体膜)33、信号线(源—漏极布线)34、层间绝缘硅氧化膜(保护膜)30。通常将这种类型的TFT叫做下栅极型。
非晶硅信道膜33由不掺杂磷(P)的本征层(也被称为i层、非掺杂层)55和掺杂有磷的掺杂层56(n层)构成。栅极绝缘膜27上的像素区域配置有由例如In2O3中含SnO的ITO膜形成的透明像素电极5。TFT的漏电极29通过从漏电极29延长的漏极布线部29a电连接于透明像素电极5。
若通过扫描线25向栅极26提供栅极电压，则TFT4成打开状态，将预先提供给信号线34的驱动电压，从源极28经过漏电极29提供给透明像素电极5。而且，若向透明像素电极5供给规定电平的驱动电压，则如在图1进行的说明所示，在透明像素电极5和对置电极2之间产生电位差的结果，是对包含于液晶层3的液晶分子进行定向并进行光调制。
在TFT的上方部分，与透明像素电极5连接的氧化物透明导电膜45上，为了更有效地反射来自上面的光而形成有由Al合金膜构成的反射膜46。
3.层叠构造
作为本发明中的层叠构造的例示，可列举氧化物透明导电膜42和扫描线25的层叠构造、氧化物透明电极膜41和栅极26的层叠构造、氧化物透明电极膜43和信号线34(源电极28、漏电极29或者漏极布线部29a)的层叠构造、以及氧化物透明电极膜45和反射膜46的层叠构造。
氧化物透明导电膜是至少可使可见光穿过的膜，例如是指氧化锡(ITO：(In2O3)含有氧化锡(SnO)的物质)及以氧化铟锡(IZO：在氧化铟中添加了氧化锡的物质)、此外是指以金属氧化物为主成分比电阻为1Ω·cm以下的膜。
扫描线25、栅电极26、信号线34(源电极28、漏电极29、漏电极布线部29a)、反射膜46都是分别用Al合金膜构成的。Al合金膜以铝为主成分，作为合金成分包含有离子化倾向比铝小的合金成分(例如Ag、Cu，优选Ni)。
通过使Al合金膜中含有Ni等合金成分，可降低Al合金膜和氧化物透明导电膜之间的接触电阻。为了有效地发挥这种效果，优选使Ni等的含量达到0.1原子％以上，更优选0.2原子％以上，特别优选0.5原子％以上。另一方面，由于若合金元素的含量过高，将导致Al合金膜的比电阻上升，因此优选使Ni等的含量在6原子％以下，更优选3原子％以下，特别优选1原子％以下。
允许在Al合金膜中，作为其他的合金成分添加有耐热性促进元素(Nd、Y、Fe、Co、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Mg、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、La、Gd、Tb、Dy、Sr、Sm、Ge、Bi的至少一种合计为0.1～0.5原子％，优选0.2～0.35原子％)。
下面，参照图3和图4及图5和图6，说明对氧化物透明导电膜41、42和作为Al合金膜的扫描线25、栅电极26进行层叠的工序。
首先，如图3所示，在玻璃基板1a上形成氧化物透明导电膜40(膜厚100nm)(第一工序)，然后，在氧化物透明导电膜40上，形成例如含有镍(Ni)或者镧(La)的Al合金膜(Al-Ni-La合金膜)(第二工序)，最后，通过用作为Al-Ni金属间化合物的析出温度以上的200℃温度加热一个小时，使铝和镍的金属间化合物析出(第三工序)。
为了使铝和镍的金属间化合物析出，加热温度必须要达到200℃以上。优选加热温度为250℃以上。虽然加热温度的上限并无特别规定，但为了避免Al合金膜35中的小丘(hillock)产生，优选加热温度为350℃以下，更优选300℃以下。
然后，通过利用光刻法和蚀刻法对Al-Ni-La合金膜35及氧化物透明导电膜40进行构图，形成氧化物透明导电膜41、42和扫描线25、栅极电极26的层叠构造。
若用适当的温度对这样形成的层叠构造进行退火，将使金属间化合物的析出物聚集在基板界面，由于在界面上离子化倾向小的镍的浓度高，ITO膜及IZO膜的接触电位差变小，因此，在光刻法时不易发生所使用的显影液及蚀刻液引起的电池作用腐蚀。
作为氧化物透明导电膜41、42和扫描线25、栅极电极26的层叠构造的形成方法，另外也可以如图5和图6所示，在对氧化物透明导电膜40进行图案是可做成氧化物透明导电膜41、42之后，形成Al-Ni-La合金膜35。在这种情况下，也是对Al-Ni-La合金膜35用200℃温度加热一个小时使铝和镍的金属间化合物析出，之后，通过利用光刻法和蚀刻法对Al-Ni-La合金膜35进行构图，形成扫描线25、栅极电极26。
由于虽然构成氧化物透明导电膜40、41、42的ITO膜，在进行加热之前呈非晶状态，使其溶解于以磷酸为主成分的铝用蚀刻液，但是若加热到200℃则成为晶体状态，因而对于铝用蚀刻液具有选择性。因此，在图6的工序对Al-Ni-La合金膜35进行蚀刻时，可防止对于已经形成的氧化物透明导电膜41、42进行不必要的蚀刻。
在不需要与Al的蚀刻选择性的情况下也可以使用IZO膜。而除ITO膜之外，可毫无问题地使用与Al蚀刻液具有选择性的氧化物透明导电膜。
4.实施例
电极电位
为了确认各材料的电极电位，而在TMAH(四甲基氢氧化铵)2.38Wt％的水溶液中，使Al合金膜等与作为测量对象的电极和银—氯化银参照电极发生短路，用电压计测量了电位差。此时，TMAH水溶液中的poly-ITO膜的电极电位是(-0.2V)，Ni未析出的Al合金的电极电位是(-1.3V)，但是由于Ni的电极电位(-0.25V)特别是另外Al-Ni的金属间化合物(Al3Ni)的电极电位(-1.0V)和ITO膜的电位差变小，因此不易发生电池作用腐蚀。
成分构成
图7是表示包含于热处理后的(使Ni析出)Al-Ni-La中的Ni等合金成分的浓度深度方向的构成的图。在测量时使用了高频辉光放电光谱分析装置(GD-OES：Glow Discharge/Optical Emission Spectroscopy)。关于Ni及La的含量，基于易于读取的观点，而图示为实际的含量10倍的值。从图7可看出，在与ITO膜的界面Ni浓度很高。
接触电阻
利用使用了图8所示的凯尔文图案的四端子法，测量了使ITO膜与添加有Ni2原子％的Al-Ni-La合金膜直接连接的情况的接触电阻。其结果是，即使Al-Ni-La合金膜和ITO膜的接触面积为10μm方形，接触电阻也充分降低到1000Ω。通过在ITO膜和Al合金膜之间接通电流，用其它的端子测量ITO-Al合金间的电压差而对接触电阻进行了研究。具体而言，通过在图8的I1-I2之间接通电流，监测V1-V2之间的电压，根据公式R＝(V1-V2)/I2求出了触点部C的接触电阻R。
剥离试验
图9是表示用室温形成Al合金膜时Al合金膜从ITO膜上剥离的比例(剥离率)和用200℃形成Al合金膜时的剥离率的图。剥离的评价，是将抗蚀剂涂敷于在ITO膜上含有层叠形成的Ni及La的合金膜并用紫外线曝光，在含有TMAH2.38％的显影液中用显微镜观察在显影后有无剥离。剥离率是用下述方法进行的，即通过显微镜照相的图象处理，在图象上以5μm方形分成网格，在每一部分网格上剥离的部分统计“剥离”并数值化为剥离率。使Ni含量在0.1原子～6原子％内变化。La的含量为0.35原子％，Al合金膜的膜厚为100nm，ITO膜的膜厚为40nm。
图11表示将ITO膜替换为IZO膜来制作试样，是表示用室温形成Al合金膜时Al合金膜从IZO膜上剥离下来的比率(剥离率)和用200℃温度形成Al合金膜时的同一种剥离率的图。
从图9及图11可看出，与用室温成膜的情况相比较，在用200℃温度成膜的情况下剥离率非常低。即电池作用腐蚀的耐性提高。
在用电子显微镜观察上述试样的剥离面及截面时，发现Al合金膜和ITO膜及IZO膜的界面的腐蚀进行比例与剥离率的结果有关。即，在室温成膜的试样中，未发现用200℃温度加热成膜的试样的情况，在Al合金膜和ITO膜及IZO膜的界面的剥离在所观察到的面积比例上达到10～60％。
对于这样制造出来的Al合金膜又进行了试验。图10是表示在ITO膜上用室温或者用200℃温度成膜之后，实施了室温～250℃加热处理后的Al合金膜的剥离率的图，图12是表示将ITO膜替换为IZO膜而进行的同样的试验的结果的图。
从图10及图12可看出，在形成Al合金膜之后，若实施200℃以上的加热处理，将降低剥离率。即使在Al合金膜的成膜过程的温度为室温的情况(图中的◇标记)下，若成膜后得加热处理为250℃，Al合金膜几乎无剥离。即，提高了电池作用腐蚀的耐性。
而在Al合金膜的成膜后，将Al合金膜作为栅极26使用的情况下，在栅极26上还形成有栅极绝缘膜27、活性半导体膜33。
另外，同样地也可将氧化物透明导电膜和Al合金膜的层叠构造作为源极—漏极线34应用。此时，通过将源极—栅极线34的氧化物透明导电体膜43直接引出作为像素电极(未图示)，可使工序简化。

Claims (9)

1.一种层叠构造的制造方法，制造由氧化物透明导电膜和Al合金膜直接连接而成的层叠构造，其特征在于，具有：
在基板上形成所述氧化物透明导电膜的第一工序、
在该氧化物透明导电膜上形成含有离子化倾向比铝小的合金成分的Al合金膜的第二工序、
将所述Al合金膜加热到由铝和所述合金成分构成的金属间化合物的析出温度以上的第三工序。
2.如权利要求1所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，在所述第二工序结束后，进行所述第三工序的加热。
3.如权利要求1所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，在所述第二工序正在进行的同时，进行所述第三工序的加热。
4.如权利要求1所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％，所述第三工序中的加热温度为200℃以上。
5.如权利要求2所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％，述第三工序中的加热温度为200℃以上。
6.如权利要求3所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％，所述第三工序中的加热温度为200℃以上。
7.如权利要求1所述的层叠构造的制造方法，其特征在于，离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％，所述第三工序中的加热温度为200℃以上。
8.一种层叠构造，其特征在于，是具有形成于基板上的氧化物透明导电膜和直接连接于该氧化物透明导电膜上的Al合金膜的布线结构，其中，所述Al合金膜含有离子化倾向比铝小的合金成分，并且由铝和所述合金成分构成的金属间化合物在与所述氧化物透明导电膜的连接界面析出。
9.如权利要求8所述的层叠构造，其特征在于，离子化倾向比铝小的所述合金成分为Ni，Ni的含量为0.1～6原子％。
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