CN1951162A - 元件配置基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能够易于制备在基板的图案膜上所形成薄膜内的裂纹被抑制的元件配置基板。本发明提供在基板上具有一种或多种图案膜的元件配置基板，其中至少一种图案膜具有由半椭圆形状上部与正的锥形形状下部和几乎垂直的锥形形状的下部这两种中的一种构成的横截面形状，并且下部的平均厚度为大于等于50并且小于等于3,000。

Description

元件配置基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及包含形成在基板上的形成图案的布线、电极、绝缘层、功能膜等的元件配置基板，该元件配置基板的制备方法，以及使用该元件配置基板的显示装置。更具体地说，本发明涉及含有形成在基板上的元件(器件)比如布线、电极、绝缘层、功能膜、半导体、电阻器、滤光器等的元件配置基板，该元件配置基板的制备方法，以及包含该元件配置基板的适用于液晶显示装置的显示装置，在所述元件配置基板上的元件的全部或部分是采用喷墨(释放出液滴)装置形成的。
背景技术
作为布线形成的方法，涂敷液体材料的方法比如喷墨法在最近几年受到了人们的关注。例如，在通过喷墨法形成布线的情况下，它通常是这样进行的：通过喷墨装置将材料例如含有金属微粒的金属胶体溶液释放在沿着布线图案形成的导槽(也称作围堰)内以形成布线，然后烘焙该用于形成金属布线图案的材料。采用喷墨装置的这种金属布线形成在布线的生产效率和基本性质上是有优势的。即，通过这种喷墨法形成布线的优点是该方法不需要溅射、蚀刻等的装置，可有效节约成本；减少废材料上获得改善，并且与在真空气氛中的膜形成法相比，通过增厚布线膜更易于低电阻布线的形成。对于以这种方式制备的布线基板，已经在研究将其应用于各种电子设备中，例如广泛研究将其应用于显示装置的基板。
作为除涂敷液体材料的方法之外的其它形成布线的现有方法，可以举例的是图12所示的金属层的溅射沉积法、光刻和蚀刻金属层的方法，然而，这些方法在布线的生产效率和基本性质上都不具有喷墨法的这些优势。此外，在布线的这种形成中，锥形形状根据蚀刻条件进行控制，但是在膜厚度变厚的情况下，锥形形状变得难于控制，而在逆向锥形形状的情况下，在上层形成的膜例如CVD(化学气相沉积)膜具有裂纹。
至于通过喷墨法形成布线的方法，公开了一种将被形成在基板上的导槽围绕的区域形成图案，然后通过喷墨法用材料填充以形成布线的方法(例如，参考专利二次公布WO99/48339(第1和2页))。在这种现有的导槽和喷墨的方法中，如图13所示，形成导槽13，之后再将金属胶体溶液选择性涂敷在导槽13之间，并进行热处理以形成布线4。然而，在由树脂材料构成的导槽13和金属布线4之间形成裂纹，并且如果为防止裂纹而除去导槽13，则布线的横截面形状倾向于形成逆向的锥形形状。即，导槽13的锥形形状改变，使得布线的横截面形状形成逆向的锥形形状。此外，通常地，导槽13的厚度为1μm(＝10,000)或更大，因此，除去非常困难。
而且，作为形成布线的另一种方法，公开了一种包括如下步骤的方法：采用具有自组装特性的有机分子膜在基板表面上以预定图案方式形成亲液部分和疏液部分；选择性地将其中分散有导电微粒的液体涂敷在亲液部分；并通过热处理将微粒转变成导电膜，从而只在亲液部分形成导电膜(例如，参考日本专利申请公开2002-164635(第1和2页))。在这种现有的自组装膜形成图案和喷墨的方法中，例如，如图14所示，在以自组装膜(单分子膜)14形成图案之后，将形成布线的材料例如上述金属胶体溶液选择性涂敷并进行热处理，以形成布线4。然而，自组装膜(单分子膜)14难于形成图案，因而生产率较大地变低。因此，在采用喷墨装置的布线形成中，仍然存在通过充分利用喷墨的优点改善生产率和获得裂纹等缺陷被抑制的元件配置基板的改善空间。这种改善空间存在于所有涂敷液体材料的方法。
发明概述
鉴于本领域的上述状态，本发明的目的是提供能够易于制备且在基板的图案膜上形成的薄膜内的裂纹被抑制的元件配置基板、该元件配置基板的制备方法以及包含该元件配置基板的显示装置。
基于对在基板上含有图案膜比如布线图案的元件配置基板的各种研究，本发明人首次注意到，在图案膜的膜厚度增大的情况下，由于横截面形状，会导致在图案膜上形成的薄膜层内易于产生裂纹。因此，发明人已经注意到，当图案膜的横截面形状由半椭圆形状上部和正或几乎垂直的锥形形状下部构成并且正或几乎垂直的锥形形状下部的平均厚度被控制为大于等于50并且小于等于3,000时，上述问题可以被解决，从而完成了本发明。此外，本发明人发现，当通过采用光刻胶的疏水薄膜在基板上形成用于图案膜的导槽并且通过喷墨法等将液体材料涂敷到图案膜的导槽上以形成图案膜时，可以以高生产率制备具有这种横截面形状的图案膜，因此在元件配置基板的生产效率和图案膜的基本性质上是有优点的。即，在本发明中，例如，在形成金属布线的情况下，根据图11所示的将超薄薄膜树脂(疏水薄膜)形成图案以及喷墨法，在将超薄薄膜树脂2形成图案之后，将金属胶体溶液3选择性涂敷并且进行热处理，以形成布线4。在这种方式中，(1)由于采用光刻胶作为超薄薄膜树脂，易于形成图案(布线图案的形成)，可以增加生产率；(2)采用光刻胶形成的超薄薄膜树脂膜(疏水薄膜)可以薄至约1,500并且至少膜表面具有疏水性，因而金属残留物几乎不留在光刻胶上，因此在形成布线之后的除去(剥离)易于进行；(3)由于所形成布线的横截面形状为如图11C所示的向上凸的略平的凸透镜状的形状，因此，即使布线的高度为几千或更大(例如5,000)，也可以防止在布线上形成的薄膜比如CVD膜内的裂纹。根据本发明，尤其是在布线的膜厚度变大的情况下，可以提供用于解决现有技术将遇到的所有可能问题的布线结构及其制备方法。
即，本发明是在基板上提供有一种或多种图案膜的元件配置基板，其中至少一个图案膜具有由半椭圆形状上部与正锥形形状下部和几乎垂直的锥形形状下部这两者中的一种构成的横截面形状，并且下部的平均厚度为大于等于50并且小于等于3,000。
附图简述
图1A所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成感光性树脂膜时)。
图1B所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在将感光性树脂形成为图案时)。
图1C所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在充填胶体溶液时)。
图1D所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在加工薄膜晶体管的通道部分时)。
图2A示出在如图1所示形成的栅极布线上膜形成栅极绝缘体/半导体层/接触层的情况的示意性横截面图。
图2B是具有TFT元件的像素部分的示意性平面图，所述TFT元件采用了如图1所示形成的栅极布线。
图2C是沿图2B中的A-A′线切割部分的示意性横截面图。
图3A所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(形成感光性树脂膜时)。
图3B所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在将感光性树脂形成图案时)。
图3C所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在充填胶体溶液时)。
图3D所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成金属布线时)。
图3E所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在加工薄膜晶体管的通道部分时)。
图4A是具有TFT元件的像素部分的示意性平面图，所述TFT元件采用了如图3所示形成的源极-漏极布线。
图4B是沿图4A中的B-B′线切割部分的示意性横截面图。
图5A所示为在采用现有溅射方法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成金属膜时)。
图5B所示为在采用现有溅射法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成感光性树脂图案时)。
图5C所示为在采用现有溅射法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在蚀刻金属布线时)。
图5D所示为在采用现有溅射法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在除去感光性树脂时)。
图6A是在通过现有溅射法形成栅极布线的情况下的示意性横截面图(比较例1)。
图6B是解释在采用现有溅射法形成栅极布线的情况下，在栅极布线上层内出现裂纹这一状态的示意性横截面图(比较例1)。
图7A所示为在采用使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成导槽材料图案时)。
图7B所示为在采用使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在充填胶体溶液时)。
图7C所示为在采用使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成金属布线时)。
图8A是在采用使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下的示意性横截面图(比较例2)。
图8B是在采用使用导槽材料并除去导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下的示意性横截面图(比较例2)。
图8C是解释在通过使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线并除去导槽材料的情况下在栅极布线的上层内形成裂纹这一状态的示意性横截面图(比较例2)。
图9A是在采用使用导槽材料并且不除去导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下的示意性横截面图(比较例2)。
图9B是解释在通过使用导槽材料并且不除去导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，在栅极布线的上层内形成裂纹这一状态的示意性横截面图(比较例2)。
图10A所示为在采用使用单分子膜的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成单分子膜时)。
图10B所示为在采用使用单分子膜的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在将单分子膜形成图案时)。
图10C所示为在采用使用单分子膜的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在充填胶体溶液时)。
图10D所示为在采用使用单分子膜的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图(在形成金属布线时)。
图11A是关于本发明元件配置基板的生产方法的一个实施方案，示出一部分布线图案的示意性横截面图(将超薄薄膜树脂膜形成图案的步骤)。
图11B是相对于本发明元件配置基板的生产方法的一个实施方案，示出一部分布线图案的示意性横截面图(金属胶体溶液的选择性涂敷和热处理的步骤)。
图11C是相对于本发明元件配置基板的生产方法的一个实施方案，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成布线时)。
图12A是相对于现有的溅射和光刻方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成感光性树脂图案时)。
图12B是相对于现有的溅射和光刻方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在蚀刻金属布线时)。
图13A是相对于现有的导槽和喷墨方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成导槽材料图案时)。
图13B是相对于现有的导槽和喷墨方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成金属布线时)。
图14A是相对于现有的自组装膜形成图案和喷墨方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成单分子膜图案时)。
图13B是相对于现有的自组装膜形成图案和喷墨方法的一个实例，示出一部分布线图案的示意性横截面图(在形成金属布线时)。
符号的说明
1：透明基板
2：感光性树脂(超薄薄膜树脂膜，疏水薄膜)
3：金属胶体溶液(烘焙之前)
4：栅极布线(金属布线)
5：栅极绝缘体
6：半导体层
7：接触层
8：源极/布线(金属布线)
9：漏极/布线(金属布线)
10：像素电极
11：钝化膜
12：金属膜
13：导槽材料(围堰材料)
14：单分子膜
发明详述
下文中，将详细描述本发明。在本说明书中，“不小于”和“不大于”包括对应的数值。
本发明的元件配置基板是在基板上具有形成图案的膜(图案膜)。本发明的元件配置基板可以包括两种或更多种不同类型的图案膜。上述图案膜没有特别限制，并优选构成元件，更优选构成选自由布线、电极、绝缘层和功能膜组成的组中的至少一种元件，其中，还更优选构成布线。上述功能膜没有特别限制，只要其可以表现出基于电、光、机械、热、化学、生物性质的任意功能即可，例如可以包括有机EL(电致发光)设备中的有机层比如光发射层以及正空穴注入层等。图案膜的长度和平面形状没有特别限制。
只要本发明的元件配置基板作为必须的构成要素包含基板以及图案膜，其构成就可以包含或不包含其它构成要素，因此，它并没有特别的限制。如果所述元件配置基板具有作为元件(设备)的布线，则其可以被称作布线基板。
上述图案膜的至少一种具有由半椭圆形状上部与正锥形形状下部和几乎垂直的锥形形状的下部这两者中的一种构成的横截面形状，并且下部的平均厚度为大于等于50并且小于等于3,000。通常地，半椭圆形状部分和正或几乎垂直的锥形形状部分在形成图案膜时是一体形成的，并且在形成图案膜时将成为基底的基板侧作为下部，并只基于它们的形状加以区别。在这种本发明中，图案膜的横截面上部被制备成半椭圆状部分，并且横截面下部的正或几乎垂直的锥形形状部分被制备成薄的，即图案膜的横截面形状被制备成向上凸的略平的凸透镜状的形状，因而即使图案膜被制备成厚的，也可以抑制在图案膜上形成的薄膜比如CVD膜内的裂纹。正或几乎垂直的锥形形状部分通常优选具有尽可能小的平均厚度，但是如果它小于50，则在形成图案膜的情况下需要导槽材料厚度小于50，因此光刻胶膜不能用作导槽材料，从而导致元件配置基板的生产效率的降低。另一方面，如果超过3,000，则不能充分显示抑制裂纹的本发明效果。优选下限为500，并且优选上限为2,000。虽然，它取决于光刻胶的材料特性比如耐热性，但是光刻胶薄膜可以在形成布线之后被除去或可以不被除去，并优选被除去。在本发明中，半椭圆形状部分可以具有基本上被认为是半椭圆状形状的横截面形状，只要提供本发明的效果即可，尤其是，优选半椭圆状部分具有其中中心部分相应于顶点部分并且其它部分从顶点部分向下倾斜到两个末端部分的横截面形状。正或几乎垂直的锥形形状部分是具有其中图案宽度向上变窄的所谓正锥形形状的横截面形状，或具有其中图案宽度几乎恒定向上的所谓几乎垂直的锥形形状的横截面形状，而几乎垂直的锥形形状部分可以是具有其中图案宽度向上变宽的所谓逆向锥形形状的横截面形状，只要提供本发明的效果即可。
至少一种图案膜优选具有2,000或更大的平均膜厚度。因此，可以获得具有优异基本性质的图案膜(布线的结构)，并且可以充分表现在图案膜内没有形成裂纹的本发明效果。更优选，下限和上限分别为3,000和6,000。所述平均膜厚度是在图案的横截面形状厚度变成最大的位置的平均值。
至少一种图案膜优选通过将液体材料涂敷到由光刻胶薄膜构成的导槽图案的内部形成。因此，图案膜的形成以及在形成之后构成导槽图案的光刻胶薄膜的除去(剥离)都可容易进行，因而可以获得在元件配置基板的生产效率方面的优异效果。作为光刻胶，通常要使用含有感光性树脂的树脂组合物，例如可以使用能够被涂敷在基板上形成膜并且通过光刻法将其形成所需图案的组合物。光刻胶薄膜优选为具有疏水性质的疏水薄膜，并且实际上，在形成布线图案的光刻胶(导槽材料)的薄膜情况下，优选该膜对金属胶体溶液具有50°或更大的接触角。作为金属胶体溶液用的溶剂(分散剂)，具体地，在通过喷墨法形成布线的情况下可以使用醇类和卡必醇类的溶剂(分散剂)，而且在通过浸渍(DIP)法、旋涂法、模涂法等形成布线的情况下，除上述溶剂(分散剂)之外还可以使用其它水基溶剂(分散剂)。上述溶剂(分散剂)还可以用作形成氧化物导体比如氧化铟锡(ITO)和绝缘层图案的材料用的溶剂(分散剂)，而并不是限定于形成布线的材料，因此，在其用于形成电极图案和绝缘层图案的情况下，也优选光刻胶的薄膜对含有上述溶剂(分散剂)的溶液具有50°或更大的接触角。在上述溶剂(分散剂)用作溶剂(分散剂)的情况下，作为光刻胶的疏水薄膜，优选(1)采用具有疏水性的疏水光刻胶形成的薄膜以及(2)采用没有疏液性的光刻胶形成并且通过使用氟基气体的等离子体处理提供疏液性的薄膜。在使用图案膜的这种形成方法的情况下，图案膜的横截面下部形状是构成导槽图案的光刻胶薄膜的逆向(反转)形状，并且具有与光刻胶薄膜厚度几乎相同的厚度。光刻胶薄膜优选具有3,000或更小的平均膜厚度。如果该厚度超过3,000，则本发明用于抑制裂纹的效果不能被充分表现。更优选的下限为500，并且更优选的上限为2,000。作为将图案膜的液体材料涂敷到导槽图案内部的方法，可以举例的有喷墨法、旋涂法和刮刀法等，其中，优选使用喷墨法。
上述图案膜的至少一种优选被无机材料薄膜覆盖。通过用无机材料涂敷图案膜将形成有图案膜的部分制备成多层结构，能够充分表现出本发明防止在图案膜上层的薄膜内出现裂纹的效果，并且还能够通过安装薄膜晶体管(TFT)等将本发明的元件配置基板用作液晶显示装置的有源矩阵基板等。作为无机材料的薄膜，优选通过真空蒸镀法或化学气相沉积法形成的薄膜。在这种情况下，可以充分表现本发明的效果。更具体地，例如，可以例举的有构成薄膜晶体管，比如栅极绝缘体的层、半导体层(α-Si)、接触层(n+类型α-Si)、绝缘保护层(钝化膜)等。无机薄膜的平均厚度通常在3,000到5,000范围内。
本发明还提供在基板上包含一种或多种图案膜的元件配置基板的制备方法，该方法包括：通过光刻胶的疏水薄膜形成一个或多个导槽图案的步骤，所述导槽图案是为形成图案膜而配置的；以及通过将液体材料涂敷到导槽图案内部而形成图案膜的步骤。上述图案膜并没有特别限制，优选选自由布线、电极、绝缘层和功能膜组成的组中的至少一种，其中，所述图案膜更优选布线。因此，在制备元件配置基板时，诸如布线、电极、绝缘层和功能膜之类的图案膜的形成以及形成之后除去(剥离)光刻胶的疏水薄膜都可以容易进行，从而导致在元件配置基板的生产效率方面的优异效果，而且，即使图案膜被制备成厚的，也能够通过使光刻胶的疏水薄膜足够薄来抑制在布线上所形成的薄膜比如CVD膜内的裂纹。
在本发明中，作为上述光刻胶的疏水薄膜，从生产率考虑，优选通过采用氟基气体的等离子体处理使光刻胶薄膜(没有疏水性)具有疏水性而形成的薄膜或者通过采用具有疏水性的光刻胶(疏水光刻胶)而形成的薄膜，并且在使用光刻胶薄膜(导槽材料)形成布线图案的情况下，所述光刻胶薄膜(导槽材料)优选对金属胶体溶液具有50°或更高的接触角。而且，不限于用于形成布线图案的光刻胶薄膜(导槽材料)，至于其它光刻胶薄膜(导槽材料)，它们优选对含有类似溶剂(分散剂)的溶液具有50°或更高的接触角。作为被用于等离子体处理的氟基气体，任何气体都可以使用，并没有任何特殊限制，只要该气体包含氟原子即可，但是优选使用诸如CF4、SF6之类的气体以及用N2、He等稀释的这些气体。
光刻胶优选包含10重量％或更大比例的树脂固体物质。如果该树脂固体物质小于10重量％的比例，则在形成的疏水薄膜中可能会导致诸如针孔之类的缺陷。而且，光刻胶优选包含30重量％或更小比例的树脂固体物质。如果该树脂固体物质超过30重量％的比例，则光刻胶的粘性增加，从而可能使得不能够形成在更厚侧具有约3,000的适宜厚度的疏水薄膜。优选使用树脂固体物质为大于等于10重量％并且小于等于30重量％的比例的光刻胶形成厚度为大于等于50并且小于等于3,000的疏水薄膜。具有疏水性的光刻胶的树脂固体物质的更优选下限为15重量％的比例，更优选上限为25重量％的比例。
上述光刻胶的疏水薄膜优选具有大于等于50并且小于等于3,000的平均膜厚度。因此，可以充分表现出本发明抑制裂纹的效果等。更优选下限和更优选上限分别为500和2,000。上述形成图案膜的步骤优选通过喷墨法进行。因此，可以实现在元件配置基板的生产效率和图案膜的基本性质上的有利效果。
至于本发明元件配置基板的制备方法的一个实施方案，图11示出了一部分布线图案的示意性横截面图。图11示出通过如下步骤形成具有向上凸的略平的凸透镜状的横截面形状的布线4(参考图11C)：将超薄薄膜树脂膜(光刻胶的疏水薄膜)2形成图案(参考图11A)；随后选择性将金属胶体溶液3涂敷在被树脂膜2包围的空间内；然后使溶液进行热处理(参考11B)。
在上述制备方法中，作为用于制备在液晶显示装置中的TFT阵列布线基板的加工流程的概括，通常地，进行下列相应的步骤：(1)加工之前洗涤基板；(2)形成栅极布线；(3)在栅极布线上沉积栅极绝缘体，然后形成半导体层；(4)形成源极/漏极布线；(5)沉积保护膜(钝化膜)，然后配置感光性树脂层；(6)形成像素电极；以及(7)最后检查基板。在这种加工流程的形成栅极布线和源极/漏极布线的步骤中，布线是采用上述用于形成布线的方法形成的。在这种情况下，可以采用在本发明中的光刻胶疏水薄膜作为用于形成布线图案的导槽材料。
作为描述这种加工流程的一个实例，在形成栅极布线的步骤(2)中，在已在加工之前洗涤基板的步骤中经过洗涤的基板上形成光刻胶的疏水薄膜，通过采用光刻法形成导槽图案，随后通过涂敷法比如喷墨法用液体布线材料填充导槽图案，再烘焙该布线材料，来形成门电极和布线。此时，同时形成用于存储电容器的布线(Cs布线)。形成布线之后，除去(剥离)光刻胶的疏水薄膜(导槽图案)。在上述将栅极绝缘体沉积在栅极布线上然后形成半导体层的步骤(3)中，顺序形成诸如SiNx的栅极绝缘体、诸如α-Si的半导体层以及诸如n+-类型α-Si的接触层，此外，将半导体层和接触层形成为所需的图案。在上述形成源极/漏极布线的步骤(4)中，通过与在形成栅极布线的步骤中所使用方法类似的方法，在接触层上形成源极与布线以及漏极与布线。在上述沉积保护膜(钝化膜)然后沉积感光性树脂层的步骤(5)中，在非显示区域内形成诸如SiNx的膜。在上述形成像素电极的步骤(6)中，在显示区域内形成诸如氧化铟锡(ITO)的像素电极。在上述最终检查基板的步骤(7)中，检查布线图案缺陷的存在。
本发明还提供含有本发明的元件配置基板或者由本发明元件配置基板的制备方法所制备的元件配置基板的显示装置。该显示装置没有特别限制，只要其能够通过诸如将电信号供给元件配置基板的布线的方法控制显示即可。作为这种显示装置，可以例举的有液晶显示装置和有机电致发光(EL)显示装置，其中，优选液晶显示装置。因此，可以实现在生产效率、产率和可靠性方面的有利效果。
接着，将描述构成元件配置基板的基板、被涂敷于导槽图案的液体材料以及涂敷条件。
作为基板，例如，可以使用硅(Si)片、石英玻璃、玻璃、塑料膜、金属板等，而且，可以将半导体膜、金属膜、介电膜、有机膜等形成在基板表面上，作为布线用的底层。
在液体材料中，作为布线和电极材料，可用实例是通过将银、铜、金、钯、镍或它们的合金分散在溶剂(分散剂)中获得的液体材料；通过将诸如氧化铟锡(ITO)的导电微粒分散在溶剂(分散剂)获得的液体材料；能够在涂敷之后通过化学反应比如还原反应制备金属的液体材料，导电聚合物以及通过将导电聚合物分散在溶剂(分散剂)中获得的液体材料。而且，作为绝缘层材料，可用实例为溶胶-凝胶材料以及通过将金属微粒、氧化物微粒分散在溶胶-凝胶材料中获得的液体材料。此外，作为用于功能膜的材料，可用实例为有机半导电材料比如有机EL材料和被用于将载流子注入到有机EL层的PEDOT(聚(亚乙二氧基噻酚))。其中，优选具有适用于通过喷墨法涂敷的特性的材料。
涂敷条件可以根据所需图案膜的膜厚度、液体材料的组成和特性、基板材料等进行适当调节，并没有特别的限制。
本发明的元件配置基板具有上述构成，并且由于图案膜的横截面形状是由半椭圆形状上部和正或几乎垂直的锥形形状下部构成，因此即使形成厚的图案膜，也可以通过形成薄的正或几乎垂直的锥形部分来抑制在图案膜上形成的薄膜诸如CVD膜内的裂纹。本发明的这种元件配置基板可以适用于在显示装置比如液晶显示装置内的TFT阵列布线基板，并且提供在生产效率、产率和可靠性方面的有利效果。
实施本发明的最佳方式
下文中，将更详细地描述本发明，但是，并不是要将本发明限制于所说明的实施方案。
(实施例1)
图1所示为在采用本发明形成布线(图案膜)的方法形成栅极布线的情况下的布线形成流程的一个实例的示意性横截面图。图2A是示出在如图1所示形成的栅极布线上膜形成栅极绝缘体/半导体层/接触层的情况的示意性横截面图。图2B是具有TFT元件的像素部分的示意性平面图，所述TFT元件采用了如图1所示形成的栅极布线。图2C是沿图2B中的A-A′线切割部分的示意性横截面图。
在根据本发明的布线形成方法的栅极布线形成流程中，首先在透明基板1上形成平均膜厚度为大于等于700并且小于等于1,500的具有疏水性的负性类感光性树脂(光刻胶)2(树脂固体物质的比例为25重量％)(参考图1A)，然后将该感光性树脂2通过光刻法形成所需图案(树脂宽度为30μm，并且孔径宽度为30μm)(参考图1B)。其次，通过喷墨法、旋涂法或浸涂法将含有银(Ag)、铜(Cu)或它们的合金的胶体溶液3沉积在没有形成感光性树脂2的区域内(参考图1C)。之后，将该溶液在300℃下烘焙约1小时以形成平均膜厚度为3,000的金属布线4，然后将感光性树脂2除去，以完成栅极布线4的形成(参考图1D)。由这个实施例形成的栅极布线4具有由半椭圆形状上部和正或几乎垂直的锥形形状下部构成的横截面形状，并且该正或几乎垂直的锥形形状下部具有大于等于700并且小于等于1,500的平均厚度。
接着，在所得栅极布线4上依次形成栅极绝缘体5(平均膜厚度为3,500)、半导体层6(平均膜厚度为1,500)和接触层7(平均膜厚度为1,000)(参考图2A)，此外将半导体层6和接触层7形成所需图案(参考图2B和2C)。如图2A所示，此时，在本实施方案中，可以形成具有良好阶梯覆盖(阶梯覆盖性质)的膜。之后，可以形成源极-布线8、漏极-布线9、通道部分、像素电极10和钝化膜11等，以制备TFT元件(参考图2B和2C)。
(实施例2)
图3所示为在采用本发明布线(图案膜)的形成方法形成源极-漏极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图。图4A是具有TFT元件的像素部分的示意性平面图，所述TFT元件采用了如图3所示形成的源极-漏极布线。图4B是沿图4B中的B-B′线切割部分的示意性横截面图。
在本实施例中，首先在透明基板1上形成栅极布线4，随后形成栅极绝缘体5、半导体层6和接触层7，再通过光刻法将半导体层6和接触层7形成所需图案，以形成在源极-漏极布线形成之前的基板。接着，在采用本发明布线形成方法的源极-漏极布线的形成流程中，在接触层7上形成平均膜厚度为大于等于700并且小于等于1,500的具有疏水性的负性类感光性树脂(光刻胶)2(树脂固体物质的比例为25重量％)(参考图3A)，然后通过光刻法将该感光性树脂2形成所需的图案(树脂宽度为10μm，并且孔径宽度为10μm)(参考图3B)。接着，通过喷墨法、旋涂法或浸涂法将含有银(Ag)、铜(Cu)或它们的合金的胶体溶液3涂敷在没有形成感光性树脂2的区域内(参考图3C)。之后，将溶液在300℃下烘焙约1小时，以形成平均膜厚度为3,000的金属布线8和9(参考图3D)，然后将感光性树脂2和在树脂下的接触层7除去，以完成源电极与布线8以及漏电极与布线9的形成(参考图3E)。之后，形成通道部分、像素电极10、钝化膜11等，以制备出TFT元件(参考图4A和4B)。由本实施例形成的源电极与布线8以及漏电极与布线9具有由半椭圆形状上部和正或几乎垂直的锥形形状的下部构成的横截面形状，并且正或几乎垂直的锥形形状的下部具有大于等于700并且小于等于1,500的平均厚度。
在实施例1和2中，虽然采用负性类感光材料作为感光性树脂2的材料，但是也可以采用正性感光树脂材料。而且，虽然采用具有疏水性的感光材料作为感光性树脂2的材料，但是可以通过使用没有疏水性的感光材料形成膜并且再采用氟基气体(CF4、SF6以及被N2、He等稀释的这些气体)对所形成的薄膜进行等离子体处理来形成具有疏水性的感光性树脂2。等离子体处理可以通过如下的方法进行：采用真空蒸发类干蚀刻装置的方法(被引入的气体流量：CF4/H2＝(150～300)/(0～500)sccm；处理压力：50～150mTorr；处理功率：200～300W；处理时间：60～120sec；温度：40℃)以及采用大气等离子体装置的方法(被引入的气体流量：CF4/N2＝(5.0～15slm)/(20～50slm)；处理功率：300～800W；基板输送速度：0.5～3m/min；温度：25～35℃)。
另外，在通过使用正性类感光性树脂2和通过使用氟基气体的等离子体处理使形成图案的薄膜具有疏水性的情况下，可以实现与实施例1和2相同的效果。
(试验1)
本试验是为证实感光性树脂(光刻胶)的平均膜厚度(布线下部的高度)和布线(图案膜)上的薄膜内出现裂纹状态之间的关系进行的。
在本试验中，在形成于基板上并具有各种膜厚度的感光性树脂薄膜(薄膜光刻胶)之间形成平均膜厚度为3,000的布线，随后在该布线上形成平均膜厚度为3,000～3,500的无机材料膜，并且评价在无机材料薄膜(上层的无机膜)内裂纹出现的状态。下文中，将详细描述本试验。
首先，通过旋涂法，将具有疏水性的负性类感光性树脂(树脂固体物质的比例为10～30重量％)涂敷在透明基板上，然后通过光刻法形成图案。作为用于本试验的样品，通过改变感光性树脂薄膜(薄膜光刻胶)的厚度和形成图案以制备多个样品。
在这种情况下，通过调节溶剂对涂敷溶液的稀释和/或调节螺旋旋转的速度，以调节感光性树脂薄膜(薄膜光刻胶)的平均厚度，从而获得如下表1所示的各种平均厚度值。至于薄膜光刻胶的形成图案，在薄膜光刻胶之间的间隙S(相应于布线的形成宽度)和薄膜光刻胶的宽度L被调节为L/S等于10/10、20/20、30/30、50/50和100/100(单位：μm)时，制备出相应类型的样品。
接着，通过喷墨法，将含银(Ag)的胶体溶液(采用卡必醇类为溶剂)填充在透明基板上的薄膜光刻胶之间的间隙，然后在300℃下进行烘焙约1小时，以在薄膜光刻胶之间形成平均厚度为3,000的布线。接着，邻近布线的薄膜光刻胶与透明基板及布线分开。残留布线具有由半椭圆形状上部和正或几乎垂直的锥形形状的下部构成的横截面形状，并且正或几乎垂直的锥形形状的下部的高度几乎与分离的薄膜光刻胶的厚度相同。布线的宽度也几乎与在形成图案的薄膜光刻胶之间的间隙相同。
最后，在布线上形成平均厚度为3,000～3,500的无机材料SiNx薄膜，并研究在该薄膜内裂纹出现的状态。
结果在下列表1示出。
表1
 薄膜光刻胶的膜厚度/   裂纹出现的状态   备注
  10   -   薄膜光刻胶形成困难
  30   -   薄膜光刻胶形成稍难
  50   ○(没有裂纹)   没有出现特殊问题
  300   ○   没有出现特殊问题
  800   ○   没有出现特殊问题
  1500   ○   没有出现特殊问题
  2000   ○   没有出现特殊问题
  2500   ○   光刻胶剥离稍难
  3000   ○   光刻胶剥离稍难
  3500   △(部分出现裂纹)   光刻胶剥离困难
  4000   △   光刻胶剥离困难
  6000   △   光刻胶剥离困难
  8000   ×(出现裂纹)   光刻胶剥离困难
  15000   ×   光刻胶剥离困难
如表1所示，在薄膜光刻胶的膜厚度(布线下部的高度)被设定为小于50的情况下，难于形成具有这种薄厚度的薄膜光刻胶。因此，难于形成布线，因而评价在该无机材料薄膜内的裂纹出现是没有意义的。而且，在设定膜厚度为大于等于50并且小于等于3,000的情况下，在无机材料薄膜内没有形成裂纹，薄膜光刻胶的形成和分离过程中没有出现任何特殊问题。此外，在将膜厚度设定为3,500或更大的情况下，从透明基板上剥离薄膜光刻胶变得困难，并在无机材料薄膜内发现裂纹。
这些结果都是根据薄膜光刻胶的膜厚度发现的，与薄膜光刻胶之间的间隙(布线的宽度)无关。
(试验2)
本试验是为证实在布线(图案膜)的平均膜厚度与在布线上的薄膜内裂纹出现的状态以及布线的形成状态之间的关系而进行的。
在本试验中，在基板上的平均膜厚度为1,500或3,000的薄膜光刻胶之间形成平均膜厚度具有各种变化的(1,500～10,000)布线，然后在该布线上形成平均膜厚度为3,000～3,500的无机材料SiNx膜，并且评价在无机材料薄膜内裂纹出现的状态。结果在下表2所示。
此外，以与实施例1相同的方式进行薄膜光刻胶和布线的形成等。
表2
  薄膜光刻胶的膜厚度/   布线的平均膜厚度/   裂纹出现的状态   布线的状态
  1500   1500   ○(没有裂纹)   布线电阻高
  2000   ○   没有特殊问题
  3000   ○   没有特殊问题
  6000   ○   没有特殊问题
  8000   -   金属胶体溶液铺展在光刻胶区域上
  10000   -   金属胶体溶液铺展在光刻胶区域上
  3000   1500   ○   布线电阻高
  2000   ○   没有特殊问题
  3000   ○   没有特殊问题
  6000   ○   没有特殊问题
  8000   -   金属胶体溶液铺展在光刻胶区域上
  10000   -   金属胶体溶液铺展在光刻胶区域上
如表2所示，在感光性树脂的平均膜厚度被恒定保持为1,500的情况下，如果布线的平均膜厚度被设定为1,500，则在无机材料薄膜内没有观察到裂纹出现，但是布线电阻高。如果布线的平均膜厚度被设定为大于等于2,000并且小于等于6,000，则在无机材料薄膜内没有观察到裂纹出现，而且布线电阻足够低。此外，如果布线的平均膜厚度被设定为8,000或更大，则金属胶体溶液铺展在感光性树脂上，使布线不能形成。因此，不能评价无机材料薄膜内的裂纹出现。
这些结果也是根据感光性树脂的膜厚度发现的，与感光性树脂之间的间隙(布线的宽度)无关。
此外，如表2所示，如果感光性树脂的平均膜厚度被固定为3,000，则获得类似的结果。
(比较例1)
图5所示为在采用现有的溅射法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图。
在通过现有的溅射法的栅极布线形成流程中，首先在透明基板1上通过溅射法形成平均膜厚度为5,000的金属膜12之后(参考图5A)，通过光刻法使感光性树脂2形成所需的图案(参考图5B)。接着，将金属膜12蚀刻成感光性树脂2的图案形状，以形成金属布线4(参考图5C)。之后，将感光性树脂2除去，以完成栅极布线4的形成(参考图5D)。
然而，在比较例1的布线形成流程中，如图6A所示，尤其是如果布线的膜厚度变大，则变得难以控制布线的锥形形状，并且栅极布线4的横截面形状趋向于为逆向的锥形形状，在这种栅极布线4上形成栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7的情况下，阶梯覆盖退化，并且如图6B所示，在栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7内趋向于出现裂纹。相反，在实施例1和2中，即使布线的膜厚度大，也由于布线上部的形状为向上凸的略平的凸透镜状的形状，因此上层膜的阶梯覆盖良好。
(比较例2)
图7所示为在采用使用导槽材料的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图。
在采用使用导槽材料的现有喷墨法的栅极布线形成流程中，首先通过光刻法在透明基板1上以所需图案的形式形成感光性树脂的导槽材料13，随后在通过采用氟基气体的等离子体处理使导槽材料13具有疏水性(参考图7A)，并且通过喷墨法、旋涂法或浸涂法，使没有形成导槽材料13的区域被含银(Ag)，铜(Cu)或它们的合金的胶体溶液3填充(参考图7B)。之后，溶液在300℃下烘焙约1小时，以形成平均膜厚度为3,000的金属布线4(参考图7C)，然后将导槽材料13除去，从而完成栅极布线4的形成。
然而，在比较例2的布线形成流程中，如图8A所示，由于导槽材料13的横截面形状为正的锥形形状，因此，如图8B所示，栅极布线4的横截面形状趋向于为逆向的锥形形状，并且在导槽材料13被去除的情况下，当在栅极布线4上形成栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7时，阶梯覆盖退化，并且如图8C所示，在栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7内倾向于形成裂纹。此外，导槽材料13通常具有1μm或更大的平均膜厚度，因此难于被除去。相反，在实施例1和2中，即使将感光性树脂2的薄膜除去，阶梯部分的膜厚度也是薄的，因此，阶梯覆盖良好，而且因为平均膜厚度薄至1,500或更薄，因此感光性树脂薄膜能够易于被除去。
另一方面，在导槽材料13不被除去的情况下，如图9A所示，由于烘焙之后，倾向于在栅极布线4和导槽材料13之间形成间隙，因此，当在栅极布线4上形成栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7时，阶梯覆盖退化，并且如图9B所示，倾向于在栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7内形成裂纹。此外，在采用有机树脂作为导槽材料13的情况下，在栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7的膜形成时放出气体，使膜质量变差。相反，在实施例1和2中，由于感光性树脂2的薄膜被除去，因此当形成栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7作为上层时，不易出现裂纹，并且在栅极绝缘体5/半导体层6/接触层7的膜形成时没有气体放出。
(比较例3)
图10所示为在采用使用单分子膜的现有喷墨法形成栅极布线的情况下，布线形成流程的一个实例的示意性横截面图。
在采用使用单分子膜的现有喷墨法情况下的布线形成流程中，首先，在透明基板1上形成单分子膜14(参考图10A)，然后通过光能将单分子膜14形成所需的图案(参考图10B)。接着，通过喷墨法、旋涂法或浸涂法，使没有形成单分子膜14的区域被含银(Ag)、铜(Cu)或它们的合金的胶体溶液3填充(参考图10C)。之后，溶液在300℃下烘焙约1小时，以形成平均膜厚度为3,000的金属布线4(参考图10D)，然后除去单分子膜14，从而完成栅极布线4的形成。
然而，单分子膜14难于形成图案，通常它需要通过准分子激光器等以几十个mJ/cm2的能量剂量辐射出波长为170～254nm的UV射线，因而生产率显著变差。相反，在实施例1和2中，由于使用感光性树脂2的薄膜，因此能够易于通过接近蓝色波长范围的光形成图案，从而产生高的生产率。
根据35U.S.C.ξ119(a)，这个非临时申请要求在2004年4月30日在日本提交的专利申请2004-136173和在2004年12月13日在日本提交的2004-360399的优先权，这些申请的全部内容都通过引用结合在此。

Claims (16)

1.一种在基板上提供有一种或多种图案膜的元件配置基板，其中至少一种图案膜具有如下的横截面形状，该横截面形状由半椭圆形状上部与正的锥形形状下部和几乎垂直的锥形形状下部这两种中的一种构成，并且
所述下部的平均厚度为大于等于50并且小于等于3,000。
2.根据权利要求1的元件配置基板，其中所述图案膜是选自由布线、电极、绝缘层和功能膜组成的组中的至少一种膜。
3.根据权利要求1的元件配置基板，其中至少一种所述图案膜具有2,000或更大的平均膜厚度。
4.根据权利要求1的元件配置基板，其中至少一种所述图案膜是通过将液体材料涂敷到由光刻胶薄膜构成的导槽图案内部形成的。
5.根据权利要求1的元件配置基板，其中至少一种所述图案膜被无机材料薄膜覆盖。
6.根据权利要求5的元件配置基板，其中所述无机材料薄膜是通过真空蒸镀法或化学气相沉积法形成的。
7.一种制备在基板上含有一种或多种图案膜的元件配置基板的方法，所述方法包括如下步骤：通过光刻胶的疏水薄膜形成一种或多种导槽图案的步骤，所述导槽图案是为形成所述图案膜配置的；以及通过将液体材料涂敷到所述导槽图案内部形成图案膜的步骤。
8.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述图案膜是选自由布线、电极、绝缘层和功能膜组成的组中的至少一种膜。
9.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述光刻胶的疏水薄膜是通过采用氟基气体的等离子体处理使光刻胶薄膜具有疏水性而形成的。
10.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述光刻胶的疏水薄膜是采用具有疏水性的光刻胶形成的。
11.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述光刻胶包含10重量％或更大比例的树脂固体物质。
12.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述光刻胶包含30重量％或更小比例的树脂固体物质。
13.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述光刻胶的疏水薄膜具有大于等于50并且小于等于3,000的平均膜厚度。
14.根据权利要求7的元件配置基板的制备方法，其中所述形成图案膜的步骤是通过喷墨法进行的。
15.一种显示装置，其包含根据权利要求1到6中任一项所述的元件配置基板或者由根据权利要求7到14中任一项所述的元件配置基板的制备方法所制备的元件配置基板。
16.根据权利要求15的显示装置，其为液晶显示装置。
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