JP2004296424A - Method for forming metal layer, metal layer, and display device using metal layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、半導体集積回路装置のような半導体装置が備える配線や、液晶表示装置のような表示装置が備える配線、端子、電極、又は薄膜トランジスタの一部等に用いられる金属層の形成方法、金属層、及び金属層を用いた表示装置に関する。 The present invention provides a method for forming a metal layer used for a wiring included in a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device, a wiring included in a display device such as a liquid crystal display device, a terminal, an electrode, a part of a thin film transistor, or the like. , A metal layer, and a display device using the metal layer.
半導体集積回路装置、例えばLSI、ULSI等では、高い素子集積度や高い動作速度の実現のために、回路内の信号伝達の高速化が図られている。そのため、このような半導体集積回路装置では、低い比抵抗を有する材料で配線を行うことが要求されている。 2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit device, for example, LSI, ULSI, etc., the speed of signal transmission in a circuit is increased in order to realize a high degree of element integration and a high operation speed. Therefore, in such a semiconductor integrated circuit device, it is required to perform wiring using a material having a low specific resistance.
一方、液晶表示装置、有機EL表示装置、或いは無機EL表示装置のような表示装置では、大画面化による配線長の増加、高精細化のための微細化、多機能化のための周辺回路の付加、メモリ機能を付加するためのモノリシック化等が進んできている。そのため、このような表示装置もまた、これまでのAl、Ta、Mo等よりも低い比抵抗を有する材料で配線することが要求されている。また、基板上のシリコンアレイに薄膜トランジスタ(TFT)や相補型金属酸化膜半導体(CMOS)を直接形成するような場合には、これらと同レベルの微細配線の形成が必要となる。 On the other hand, in a display device such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, or an inorganic EL display device, the wiring length is increased due to the enlargement of the screen, the miniaturization for high definition, and the peripheral circuit for multifunctionalization are performed. Addition, monolithicization for adding a memory function, and the like have been advanced. Therefore, such a display device is also required to be wired with a material having a lower specific resistance than conventional Al, Ta, Mo, or the like. Further, when a thin film transistor (TFT) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) is directly formed on a silicon array on a substrate, it is necessary to form fine wiring at the same level as these.
半導体集積回路装置や表示装置が備える配線の形成方法としては、従来、基板上の全面に金属膜を形成し、レジストパターニング後に所望の領域以外の領域をエッチングする方法や、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を含むダマシン法により研磨除去する方法が知られている(例えば、特許文献1及び2参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for forming a wiring included in a semiconductor integrated circuit device or a display device, a method of forming a metal film over the entire surface of a substrate and etching a region other than a desired region after resist patterning, or a CMP (Chemical Mechanical Polishing). (See, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、半導体集積回路装置や表示装置が備える配線の他の形成方法としては、露光により親水化させることが可能となる疎水性の処理剤を用いて選択された領域に配線を形成する方法が知られている。この形成方法では、まず、基板のパターン形成面を疎水性のシランカップリング剤を用いて疎水化させるとともに露光部を親水化させる。金属化合物の親水性又は疎水性溶液をパターン形成面に塗布する。そして、焼成することにより金属化合物を析出させて、所望の配線パターン状に金属層を形成している(例えば、特許文献3参照。)。
ところで、半導体集積回路装置や表示装置では、配線の総面積が基板の面積に比べて数パーセント程度と非常に小さい。そのため、基板上の全面に金属膜を形成し、その後、選択された配線領域以外の領域を除去するといった特許文献1又は2に記載の技術では、金属膜の大部分が除去されることになる。その結果、金属膜を形成する金属材料の利用効率は非常に低くなるので、特に、原料的に高価な金属材料を用いるような場合には、半導体集積回路装置や表示装置の製造コストを高騰させるという問題がある。
In a semiconductor integrated circuit device and a display device, the total area of the wiring is very small, about several percent of the area of the substrate. Therefore, in the technique described in
また、大型で且つ薄いガラス基板を用いる表示装置の製造工程に特許文献1又は2に記載の技術を適用すると、ガラス基板の全面に形成される金属膜の応力によりガラス基板に大きな反りが発生するという問題もある。
Further, when the technology described in
特許文献3では、パターン状の疎水性領域を形成後、金属化合物の疎水性溶液を液滴状に塗布し、析出させた金属化合物を金属化処理することが記載されているが、析出させる金属化合物のサイズや形成される膜厚等の具体的な記載はなく、大面積ガラス上に低抵抗でかつ微細な長配線を形成する技術開示は見当たらない。
この発明は、このような事情に基づいてなされたもので、微細配線、低抵抗配線、長配線を達成することができる金属層の形成方法、金属層、及び金属層を用いた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a metal layer forming method capable of achieving fine wiring, low resistance wiring, and long wiring, a metal layer, and a display device using the metal layer. The purpose is to do.
前記課題を解決するために、本発明は、金属粒子、例えば、金属のナノ粒子による配線や金属層の形成を可能にしたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention has made it possible to form a wiring or a metal layer using metal particles, for example, metal nanoparticles.
第1の観点に基づく本発明の金属層の形成方法は、少なくとも選択された領域が疎水性を有する基板を準備する工程と、有機物で保護された金属又は金属酸化物の粒子を含む分散液を少なくとも前記基板上の疎水性の領域に付着させる工程と、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程とを具備してなることを特徴とする。 The method for forming a metal layer of the present invention based on the first aspect includes a step of preparing a substrate having at least a selected region having hydrophobicity, and a step of preparing a dispersion containing particles of a metal or metal oxide protected by an organic substance. At least a step of attaching the particles to the hydrophobic region on the substrate, and a step of binding the particles of the metal or metal oxide are provided.
「少なくとも選択された領域が疎水性を有する基板」とは、基板上の全域が疎水性を有する基板であっても基板上の一部分が疎水性を有する基板であってもよい。また、この発明において「基板」とは、金属層が形成される層であり、少なくとも選択された領域が疎水性を有するように形成されたものをいう。つまり、少なくとも選択された領域が基板上の全域である場合には、少なくとも表面が疎水性を有する基板をそのまま用いることができる。さらに、基板は、基体上に例えば酸化シリコン等の膜や層を設け、前記膜や層の表面の選択された領域に対応する領域を疎水性に形成したものを含む。 The “substrate in which at least the selected region has hydrophobicity” may be a substrate in which the entire area on the substrate is hydrophobic or a substrate in which a part of the substrate has hydrophobicity. Further, in the present invention, the “substrate” is a layer on which a metal layer is formed, and is formed so that at least a selected region has hydrophobicity. That is, when at least the selected region is the entire region on the substrate, a substrate having at least a surface having hydrophobicity can be used as it is. Further, the substrate includes one in which a film or layer of, for example, silicon oxide or the like is provided on a substrate, and a region corresponding to a selected region on the surface of the film or layer is formed hydrophobic.
前記課題を解決するために、第2の観点に基づく発明の金属層の形成方法は、基板上の選択された領域に金属層を形成する方法であって、前記基板上の選択された領域を疎水性にする工程と、有機物で保護された金属又は金属酸化物の粒子を含む分散液を少なくとも前記基板上の疎水性の領域に付着させる工程と、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程とを具備してなることを特徴とする。 In order to solve the above problem, a method for forming a metal layer according to the second aspect of the present invention is a method for forming a metal layer on a selected region on a substrate, the method comprising: Hydrophobizing, attaching a dispersion containing metal or metal oxide particles protected by an organic substance to at least a hydrophobic region on the substrate, and bonding the metal or metal oxide particles. And a process.
「基板上の選択された領域」とは、表面の全域であっても一部分であってもよい。また、この発明では、基板上の選択された領域を疎水性にする工程を含むので、基板は選択された領域が疎水性を有するように形成されたものでなくてよい。つまり、基板の表面は疎水性であっても親水性であってもよい。さらに、基板は、基体上に例えば酸化シリコン等の膜や層を設けたものを含む。 The “selected region on the substrate” may be the entire surface or a part of the surface. Further, since the present invention includes the step of making the selected area on the substrate hydrophobic, the substrate does not have to be formed so that the selected area has hydrophobicity. That is, the surface of the substrate may be hydrophobic or hydrophilic. Further, the substrate includes a substrate provided with a film or layer of, for example, silicon oxide on a base.
上記第2の観点に基づく発明を実施するにあたり、前記基板上の選択された領域を疎水性にする工程は、前記基板上の選択された領域の少なくとも周りの領域を親水性にする工程とすることができる。 In carrying out the invention based on the second aspect, the step of making the selected area on the substrate hydrophobic is a step of making at least the area around the selected area on the substrate hydrophilic. be able to.
その場合、例えば、前記基板として、少なくとも表面が親水性を有する基板を用い、且つ、前記基板上の選択された領域を疎水性にするとともに前記基板上の選択された領域の少なくとも周りの領域を親水性にする工程が、少なくとも表面が親水性を有する前記基板上に疎水性の層を形成し、前記選択された領域の少なくとも周りの領域に形成された前記疎水性の層を前記基板から除去する工程を具備してなるようにすることで実現できる。 In this case, for example, a substrate having at least a surface having hydrophilicity is used as the substrate, and at least a region around the selected region on the substrate is made hydrophobic while making a selected region on the substrate hydrophobic. The step of making the surface hydrophilic includes forming a hydrophobic layer on the substrate having at least a hydrophilic surface, and removing the hydrophobic layer formed in at least a region around the selected region from the substrate. It can be realized by including the step of performing
疎水性の層は、基板の複数の面のうちの一面のみに形成してもよく、また、複数の面に形成してもよい。また、必ずしも疎水性の層を形成した全ての面に金属層を形成しなくてもよい。「前記選択された領域の少なくとも周りの領域に形成された前記疎水性の層を前記基板から除去する」とは、選択された領域の周囲に形成された疎水性の層を基板から除去する他、選択された領域以外の領域に形成された疎水性の層を基板から除去する場合も含む。 The hydrophobic layer may be formed on only one of the plurality of surfaces of the substrate, or may be formed on a plurality of surfaces. Further, it is not always necessary to form the metal layer on all surfaces where the hydrophobic layer is formed. "Removing the hydrophobic layer formed in at least a region around the selected region from the substrate" means removing the hydrophobic layer formed around the selected region from the substrate. The case where the hydrophobic layer formed in a region other than the selected region is removed from the substrate is also included.
さらに、前記選択された領域の少なくとも周りの領域に形成された前記疎水性の層を前記基板から除去する工程は、所定のパターンを有するマスクを介してエキシマレーザ光、真空紫外線領域の波長光、又は紫外線領域の波長光を前記選択された領域の少なくとも周りの領域に照射して前記疎水性の層を分解する工程とすることができる。 Further, the step of removing the hydrophobic layer formed at least in a region around the selected region from the substrate includes excimer laser light through a mask having a predetermined pattern, wavelength light in a vacuum ultraviolet region, Alternatively, a step of irradiating at least a region around the selected region with light having a wavelength in the ultraviolet region to decompose the hydrophobic layer may be performed.
その場合、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程は、前記選択された領域に形成された前記疎水性の層を除去する工程としてもよい。これは、選択された領域に形成された疎水性の層を除去する工程が金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程を含むことを意味している。すなわち、選択された領域に形成された疎水性の層を除去する工程で、これとともに、金属又は金属酸化物の粒子を結合させることを意味している。 In that case, the step of bonding the metal or metal oxide particles may be a step of removing the hydrophobic layer formed in the selected region. This means that removing the hydrophobic layer formed in the selected region includes binding metal or metal oxide particles. That is, it means that in the step of removing the hydrophobic layer formed in the selected region, the metal or metal oxide particles are bonded together.
なお、前記選択された領域に形成された前記疎水性の層を除去する工程が、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程を含むようにしてもよい。 The step of removing the hydrophobic layer formed in the selected region may include a step of binding the metal or metal oxide particles.
また、上記第2の観点に基づく発明を実施するにあたり、前記基板として、少なくとも表面が疎水性を有する基板を用い、且つ、前記基板上の選択された領域を疎水性にするとともに前記基板上の選択された領域の少なくとも周りの領域を親水性にする工程が、少なくとも表面が疎水性を有する前記基板上に親水性の層を形成する工程を具備してなるようにすることでも実現できる。前記選択された領域に形成された前記親水性の層を前記基板に残存させるもしくは除去する工程を含むようにしてもよい。 In carrying out the invention based on the second aspect, a substrate having at least a surface having hydrophobicity is used as the substrate, and a selected region on the substrate is made hydrophobic and The step of making at least the surrounding area of the selected area hydrophilic may also be realized by including a step of forming a hydrophilic layer on the substrate having at least a surface having hydrophobicity. The method may include a step of leaving or removing the hydrophilic layer formed in the selected region on the substrate.
これらの発明によれば、金属又は金属酸化物の粒子を結合させてなる結合層を選択的に形成することができるので、結合層を有する金属層を金属材料の省資源化を達成しつつ形成することができる。 According to these inventions, the bonding layer formed by bonding the particles of the metal or the metal oxide can be selectively formed, so that the metal layer having the bonding layer is formed while achieving the resource saving of the metal material. can do.
また、金属層は、金属又は金属酸化物の粒子の粒子径と露光マスクを調整することで、サブミクロンのような微細なパターンも形成することができる上、量産性にも優れる。さらに、上述のように金属材料の省資源化が図れるだけでなく、従来の真空成膜法と比べて装置が安価であるので、生産性もよいという利点がある。 By adjusting the particle size of the metal or metal oxide particles and the exposure mask, the metal layer can form a fine pattern such as a submicron and is excellent in mass productivity. Further, as described above, not only resource saving of the metal material can be achieved, but also the productivity is good because the apparatus is inexpensive as compared with the conventional vacuum film forming method.
加えて、金属層として配線用の銅層を形成する場合においては、通常のバリアメタル上に無電解めっきを行う場合に必要とされているめっき触媒、例えばパラジウムイオンを含有するコロイド又は有機錯体を付与し活性化する工程が不要となる。さらに、パラジウムイオンが不純物として混入することによる比抵抗の増加も生じない。 In addition, when forming a copper layer for wiring as a metal layer, a plating catalyst required when performing electroless plating on a normal barrier metal, for example, a colloid or an organic complex containing palladium ions. The step of applying and activating is not required. Furthermore, the increase in specific resistance due to the mixing of palladium ions as impurities does not occur.
これらの発明を実施するにあたり、前記分散液を少なくとも前記基板上の疎水性の領域に付着させる工程は、前記有機物に保護された金属又は金属酸化物の粒子を前記疎水性の領域に凝集させるとともに、前記分散液中の分散媒を除去する工程を含むようにすることができる。 In practicing these inventions, the step of attaching the dispersion to at least the hydrophobic region on the substrate includes aggregating the metal or metal oxide particles protected by the organic substance in the hydrophobic region. And removing the dispersion medium in the dispersion.
ここで、「分散液中の分散媒」とは、分散液の媒質をなす実質的に均一な液体をいう。すなわち、分散媒は、有機溶媒のような単一物質からなる液体であっても、分散相としての有機物に保護された金属又は金属酸化物の粒子以外の溶質を溶解させた溶液、例えばpHを所定の値に調整した水溶液であってもよい。 Here, the “dispersion medium in the dispersion” refers to a substantially uniform liquid that forms a medium of the dispersion. That is, even if the dispersion medium is a liquid composed of a single substance such as an organic solvent, a solution in which a solute other than particles of a metal or metal oxide protected by an organic substance as a dispersion phase is dissolved, for example, a pH is adjusted. An aqueous solution adjusted to a predetermined value may be used.
また、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程は、前記金属又は金属酸化物の粒子を保護している前記有機物を除去する工程としてもよい。 Further, the step of bonding the metal or metal oxide particles may be a step of removing the organic substance protecting the metal or metal oxide particles.
これは、金属又は金属酸化物の粒子を保護している有機物を除去する工程が、金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程を含むことを意味している。すなわち、1つの工程で、金属又は金属酸化物の粒子を保護している有機物を除去する工程で、これととともに、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させることを意味している。 This means that the step of removing the organic substance protecting the metal or metal oxide particles includes the step of bonding the metal or metal oxide particles. That is, it means that in one step, the organic substance protecting the metal or metal oxide particles is removed, and together with this, the metal or metal oxide particles are combined.
なお、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程が、前記金属又は金属酸化物の粒子を保護している前記有機物を除去する工程を含むようにしてもよい。 Note that the step of bonding the metal or metal oxide particles may include a step of removing the organic substance protecting the metal or metal oxide particles.
さらに、前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程は、不活性ガス又は還元性ガスの雰囲気中で加熱処理を行うのが好ましい。もしくは、紫外線照射を行うことで有機物を分解する工程を含むのが望ましい。もちろん、紫外線照射を行って有機物の分解を促進させた後にさらに加熱処理したり、加熱処理しながら紫外線照射を行って有機物の分解を促進させたりしてもよい。 Further, in the step of bonding the metal or metal oxide particles, it is preferable to perform a heat treatment in an atmosphere of an inert gas or a reducing gas. Alternatively, it is desirable to include a step of decomposing organic matter by performing ultraviolet irradiation. Needless to say, heat treatment may be performed after ultraviolet irradiation is performed to accelerate the decomposition of the organic substance, or ultraviolet light irradiation may be performed during the heat treatment to accelerate the decomposition of the organic substance.
また、金属又は金属酸化物の粒子を結合させてなる結合層上に、無電解めっき法もしくは電解めっき法により金属めっき層を形成する工程を具備してなるようにすることができる。 Further, the method may include a step of forming a metal plating layer by an electroless plating method or an electrolytic plating method on a bonding layer formed by bonding particles of a metal or a metal oxide.
これらの発明を実施するにあたり、前記粒子は、平均粒径が1nm〜100nmの粒子、いわゆるナノ粒子であるのが好ましい。すなわち、粒径が小さくなるにつれて粒子の表面エネルギーは指数関数的に増大する。この特性に起因して、金属本来の融点よりもはるかに低い温度で金属又は金属酸化物の粒子が結合する。したがって、このようにすることにより、半導体装置や表示装置等の製造工程の低温化に寄与するという利点がある。 In carrying out these inventions, the particles are preferably particles having an average particle size of 1 nm to 100 nm, so-called nanoparticles. That is, as the particle size decreases, the surface energy of the particles increases exponentially. Due to this property, particles of the metal or metal oxide bind at a temperature much lower than the intrinsic melting point of the metal. Therefore, there is an advantage that this configuration contributes to lowering the temperature of the manufacturing process of a semiconductor device, a display device, or the like.
前記粒子は、Au(金)、Ag(銀)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Cu(銅)、Sn(錫)及びRu(ルテニウム)のうちの少なくとも1つの金属、これらの金属のうちの少なくとも1つの金属を含む合金、もしくはCu2O(酸化銅(I))を含む金属酸化物からなる粒子を好適に用いることができる。 The particles are made of Au (gold), Ag (silver), Pd (palladium), Pt (platinum), Ni (nickel), Co (cobalt), Cu (copper), Sn (tin) and Ru (ruthenium). Particles composed of at least one metal of the above, an alloy containing at least one of these metals, or a metal oxide containing Cu 2 O (copper (I) oxide) can be suitably used.
ここで、前記粒子が「Au、Ag、Pd、Pt、Ni、Co、Cu、Sn及びRuのうちの少なくとも1つの金属」であるとは、これらの金属のうちの1つの金属からなる粒子を有機物で保護させた状態で分散媒中に分散させて分散液とする他、これらの金属のうちから複数の金属を選択し、これらの金属からなる粒子を夫々有機物で保護させた状態で分散媒に分散させて分散液とする、すなわち、前記分散液が複数の種類の金属粒子を含む分散液である場合を含むことを指している。 Here, the phrase “the particles are at least one metal of Au, Ag, Pd, Pt, Ni, Co, Cu, Sn, and Ru” means that the particles are made of one of these metals. In addition to dispersing in a dispersion medium in a state of being protected by an organic substance to form a dispersion, a plurality of metals are selected from these metals, and particles of these metals are each protected by an organic substance in a dispersion medium. To form a dispersion, that is, a case where the dispersion is a dispersion containing a plurality of types of metal particles.
本発明に係る金属層は、金属又は金属酸化物の粒子を結合させてなる結合層を有する金属層であって、前記結合層が基板上の選択された領域に設けられていることを特徴とする。 The metal layer according to the present invention is a metal layer having a bonding layer formed by bonding particles of a metal or a metal oxide, wherein the bonding layer is provided in a selected region on a substrate. I do.
本発明を実施するにあたり、結合層上に金属めっき層を設けてもよい。 In practicing the present invention, a metal plating layer may be provided on the bonding layer.
本発明に係る表示装置は、マトリックス状に設けられた複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを駆動するための複数の走査配線及び複数の信号配線と、複数の画素電極と、複数の接続端子と、を具備する表示装置であって、
前記薄膜トランジスタの電極、前記複数の走査配線、前記複数の信号配線、前記画素電極、及び前記複数の接続端子のうちの少なくとも1つが、金属もしくは金属酸化物の粒子の結合層を有する金属層により形成されていることを特徴とする。
The display device according to the present invention includes a plurality of thin film transistors provided in a matrix, a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings for driving the thin film transistors, a plurality of pixel electrodes, and a plurality of connection terminals. A display device comprising:
At least one of the electrode of the thin film transistor, the plurality of scanning wirings, the plurality of signal wirings, the pixel electrode, and the plurality of connection terminals is formed of a metal layer having a bonding layer of metal or metal oxide particles. It is characterized by having been done.
本発明の表示装置は、例えば、一対の基板の間に液晶層を設けた液晶表示装置や、有機EL層或いは無機EL層を設けた表示装置等に適用することができる。 The display device of the present invention can be applied to, for example, a liquid crystal display device having a liquid crystal layer provided between a pair of substrates, a display device having an organic EL layer or an inorganic EL layer, or the like.
また、本発明の表示装置では、前記薄膜トランジスタの電極、前記複数の走査配線、前記複数の信号配線、前記画素電極、及び前記複数の接続端子のうちの少なくとも1つが、金属もしくは金属酸化物の粒子の結合層を有する金属層により形成されたものであればよい。 Further, in the display device of the present invention, at least one of the electrode of the thin film transistor, the plurality of scanning wirings, the plurality of signal wirings, the pixel electrode, and the plurality of connection terminals is formed of metal or metal oxide particles. What is necessary is just to be formed by the metal layer which has a bonding layer of these.
「薄膜トランジスタの電極」としては、例えば、ゲート電極、ドレイン電極、或いは、ソース電極等が挙げられる。 Examples of the “electrode of the thin film transistor” include a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode.
この表示装置によれば、前記薄膜トランジスタの電極、前記複数の走査配線、前記複数の信号配線、前記画素電極、及び前記複数の接続端子のうちの少なくとも1つを、金属又は金属酸化物の粒子を結合させてなる結合層を有する金属層で選択的に形成しているので、金属材料の省資源化を達成して安価に製造することができる。 According to this display device, at least one of the electrode of the thin film transistor, the plurality of scanning wirings, the plurality of signal wirings, the pixel electrode, and the plurality of connection terminals is made of metal or metal oxide particles. Since the metal layer is selectively formed of a metal layer having a bonding layer formed by bonding, resource saving of the metal material can be achieved and the metal material can be manufactured at low cost.
本発明を実施するにあたり、結合層上に金属めっき層を設けてもよい。金属めっき層は、複数のめっき層を積層させたものであってもよい。また、その場合、金属めっき層の少なくとも表面を金属拡散防止膜としてもよい。 In practicing the present invention, a metal plating layer may be provided on the bonding layer. The metal plating layer may be a laminate of a plurality of plating layers. In that case, at least the surface of the metal plating layer may be a metal diffusion prevention film.
本発明によれば、金属材料の省資源化を達成できるだけでなく、微細配線、低抵抗配線、長配線を達成することができる金属層の形成方法、金属層、及び金属層を用いた表示装置が得られる。 According to the present invention, a method for forming a metal layer, a metal layer, and a display device using the metal layer can achieve not only resource saving of a metal material but also fine wiring, low resistance wiring, and long wiring. Is obtained.
以下、本発明に係る第1の実施形態を説明する。 Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described.
まず、金属粒子2を有機物3で保護した保護粒子1及びこの保護粒子1を含む分散液(以下、粒子分散液という)5について説明する。
First, the protective particles 1 in which the
金属粒子2としては、平均粒径が1nm〜100nmのナノ粒子を用いることが長距離の微細配線での低抵抗配線の実現に好ましい。さらに好ましくは、平均粒径が2nm〜30nmのナノ粒子を用いるとよい。本実施形態では、例えば、有機物3としての11−メルカプトウンデカン酸(以下、MUA)で金属粒子2としての金ナノ粒子の周囲を保護した保護粒子1を用いている。以下、保護粒子1をMUA保護金ナノ粒子1という。
It is preferable to use nanoparticles having an average particle size of 1 nm to 100 nm as the
このMUA保護金ナノ粒子1は、以下のように合成する。テトラ−n−オクチルアンモニウムブロマイド(以下、TOABという)により塩化金(III)酸イオンを水層からトルエン層に移層する。移層後、MUA存在下で、塩化金(III)酸イオンを水酸化ホウ酸ナトリウム水溶液で約1.5時間還元する。これにより、MUA保護金ナノ粒子1が合成される。 The MUA-protected gold nanoparticles 1 are synthesized as follows. The chloroaurate (III) ion is transferred from the aqueous layer to the toluene layer by tetra-n-octyl ammonium bromide (hereinafter, referred to as TOAB). After the transfer, in the presence of MUA, chloroaurate (III) ions are reduced with an aqueous sodium hydroxide borate solution for about 1.5 hours. Thereby, the MUA-protected gold nanoparticles 1 are synthesized.
その後、トルエン層を水洗、濃縮した後、クロロホルムによる再沈殿生成を行い、MUA保護金ナノ粒子1を精製する。このようにして合成・精製されたMUA保護金ナノ粒子1は、MUAのチオール(SH)基が金の粒子と吸着しており、末端基がカルボキシル基となっている。 After that, the toluene layer is washed with water, concentrated, and then reprecipitated with chloroform to purify the MUA-protected gold nanoparticles 1. In the MUA-protected gold nanoparticles 1 thus synthesized and purified, the thiol (SH) group of the MUA is adsorbed on the gold particles, and the terminal group is a carboxyl group.
次に、基板10上の選択された領域に金属層20を形成する方法について、図1(a)〜(f)を参照して説明する。
Next, a method of forming the
まず、基板10上の選択的に金属層20を形成するために、基板10上の選択された領域を疎水性にするとともに基板10上の選択された領域の少なくとも周りの領域を親水性にする。この実施形態では、予め定められた金属層20を形成する基板10の上面の選択された領域を疎水性にし、前記上面の選択された領域以外の領域を親水性にしている。
First, in order to selectively form the
基板10としては、金属層20を形成する表面が親水性を有する基板、例えば、表面に水酸基が露出しているガラス基板を用いることができる。この基板10上、例えば基板10の上面の上に、例えばアルキル基で修飾するような疎水性の層を形成することで、金属層20を形成する基板10の上面を一旦全域にわたって疎水性にする。
As the
すなわち、この疎水性にする処理は、図1(a)に示すように、基板10上に疎水性の膜を形成するためにn−オクタデシルトリメトキシシラン(以下、ODSという)等のシランカップリング剤を、例えば化学気相法、蒸気吸着法、又は塗布法により設ける。これにより、基板10上には、疎水性の層11としてのシランカップリング剤からなる疎水膜11が形成される。以下、疎水性の層11を疎水膜という。
That is, as shown in FIG. 1A, this hydrophobic treatment is performed to form a hydrophobic film on the
その後、この疎水膜11を選択的に次のようにして除去する。即ち、図1(b)に矢印Xで示すように、選択された領域(金属層20を形成する領域)以外の領域に対応させて開口12aを形成したメタルフォトマスク12を介して、疎水膜11の上記選択された領域以外の領域に、前記疎水膜11を除去するための波長、例えば193nmの波長を有するArFレーザ光を照射する。ArFレーザ光が照射された領域は、疎水膜11が光分解して除去される。したがって、選択された領域以外の領域では、親水基である水酸基を有する基板10の表面が露出される。これにより、選択された領域が疎水膜11により疎水性となり、選択された領域以外の領域が親水性となる。
Thereafter, the
基板10としては、酸化シリコンからなる基板を用いてもよい。この場合、以下のようにして、選択された領域を疎水性にするとともに選択された領域以外の領域を親水性にしてもよい。
As the
酸化シリコン基板は、予め、紫外線を照射して金属層を形成する表面を洗浄しておく。化学気相法により基板の前記表面をアルキル基で修飾する。すなわち、酸化シリコン基板をODS等のシランカップリング剤とともに湿度10%に調整した密閉容器に入れて、170℃の電気炉内で約1.5時間程度加熱することで、前記基板上にシランカップリング剤を吸着させる。これにより、疎水性の層としての疎水膜が形成される。なお、疎水膜は蒸気吸着法や塗布法により形成してもよい。 The surface of the silicon oxide substrate on which the metal layer is to be formed is previously irradiated with ultraviolet rays to clean the surface. The surface of the substrate is modified with an alkyl group by a chemical vapor method. That is, the silicon oxide substrate is placed in a sealed container adjusted to a humidity of 10% together with a silane coupling agent such as ODS and heated in an electric furnace at 170 ° C. for about 1.5 hours, so that the silane coupling agent is placed on the substrate. Adsorb the ring agent. As a result, a hydrophobic film as a hydrophobic layer is formed. Note that the hydrophobic film may be formed by a vapor adsorption method or a coating method.
このように作成した基板は、紫外線を照射して表面を洗浄した酸化シリコン基板と比べて接触角が増大することが確認された。このことから、化学気相法により、アルキル基を有するODSが基板の表面を修飾していると考えられる。 It was confirmed that the substrate formed in this way had an increased contact angle compared to a silicon oxide substrate whose surface was cleaned by irradiating ultraviolet rays. From this, it is considered that the ODS having an alkyl group modifies the surface of the substrate by the chemical vapor method.
その後、選択された領域以外の領域に対応させて開口を形成したメタルフォトマスクを介して、疎水膜の選択された領域以外の領域に紫外線を照射する。紫外線照射箇所は、ODS分子が分解されて疎水膜が除去される。これにより、前記基板の選択された領域以外の領域に酸化シリコン部分が露出されるので、選択された領域が疎水性となり、選択された領域以外の領域が親水性となる。 Then, ultraviolet rays are irradiated to regions other than the selected region of the hydrophobic film through a metal photomask having openings formed corresponding to regions other than the selected region. The ODS molecules are decomposed and the hydrophobic film is removed at the ultraviolet irradiation location. As a result, the silicon oxide portion is exposed in a region other than the selected region of the substrate, so that the selected region becomes hydrophobic and the region other than the selected region becomes hydrophilic.
なお、前記シランカップリング剤としては、n−オクタデシルトリメトキシシランの他、ヘキサメチルジシラザン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン等のカップリング剤を用いることができる。また、フッ素シランカップリング剤を用いることもできる。 In addition, as the silane coupling agent, besides n-octadecyltrimethoxysilane, a coupling agent such as hexamethyldisilazane, vinyltrichlorosilane, and vinyltrimethoxysilane can be used. Further, a fluorine silane coupling agent can also be used.
疎水性の層をシランカップリング剤により形成する場合、選択された領域以外の領域を真空紫外線領域の波長光、紫外線領域の波長光、又はエキシマレーザ光により光分解させて除去する観点から、前記疎水膜11の膜厚は分子の大きさ程度の厚さとするのが望ましく、さらに望ましくは、単分子膜とするのがよい。
When forming the hydrophobic layer with a silane coupling agent, from the viewpoint of removing the region other than the selected region by photolysis with a wavelength light in the vacuum ultraviolet region, a wavelength light in the ultraviolet region, or excimer laser light, The thickness of the
その後、図1(c)に示すように、MUA保護金ナノ粒子1を分散媒4としてのpH13のアルカリ水溶液中に分散させた粒子分散液5を図示しないディスペンサーにて基板10上に設ける。また、粒子分散液5を基板10上に設ける方法としては、種々の方法を用いることができるが、材料効率の観点から、ディスペンサー塗布、インクジェット塗布、あるいは吹き付け等の疎水性領域への局所的な塗布が可能な方法を用いることが好ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a
基板10上に設けられた粒子分散液5に酸性溶液、例えば、pH1の塩酸を粒子分散液に付与することで、図1(d)に示すように、保護粒子1が選択領域(疎水性領域)に選択的に凝集する。保護粒子1が凝集した状態で粒子分散液5中の分散媒4を水洗等で除去することで、保護粒子1が基板10の選択領域のみに固定される。
By applying an acidic solution, for example, hydrochloric acid having a pH of 1 to the
このように、保護粒子1が疎水性領域にのみ選択的に凝集するのは、塩酸により粒子分散液のpHが酸性側に偏り、保護粒子1の表面がプロトン化されることで保護粒子1の分散性が低下して凝集するためであると考えられる。また、凝集体全体としては疎水的性質が増大するので、疎水性領域のみに選択的に凝集すると考えられる。 The reason why the protective particles 1 selectively aggregate only in the hydrophobic region is that the pH of the particle dispersion is biased toward the acidic side by hydrochloric acid and the surface of the protective particles 1 is protonated, so that the protective particles 1 It is considered that the dispersibility was reduced and the particles were aggregated. Further, since the hydrophobic property of the aggregate as a whole increases, it is considered that the aggregate is selectively aggregated only in the hydrophobic region.
さらに、金属粒子2同士を結合させてなる結合層21を形成する工程を実行する。この工程は、金属粒子2の酸化の抑制と有機物の分解を促進するために、非酸化性雰囲気、例えば窒素からなる不活性ガスもしくは水素を含む還元性ガス雰囲気中で加熱処理を行う。もしくは、紫外線照射を行うことで有機物を分解する工程を用いるのが望ましい。もちろん、紫外線照射を行って有機物の分解を促進させた後にさらに加熱処理したり、加熱処理しながら紫外線照射を行って有機物の分解を促進させたりしてもよい。
Further, a step of forming a
金属粒子2同士を結合させる温度は、保護している有機物(MUA)3及び疎水膜(シランカップリング剤)11が分解する温度、例えば180℃以上の温度で行うのが好ましい。
The temperature at which the
これにより、図1(e)に示すように、金属粒子2同士を結合させてなる結合層21が形成される。同時に、保護している有機物3が分解、気化して除去されるとともに、選択された領域に残されている疎水膜11が分解、気化して除去される。
Thus, as shown in FIG. 1E, a
ところで、180℃は、金属粒子2を構成する金の融点よりも低い温度であるが、ナノサイズの金属粒子2では、表面エネルギーが増大しているため、融点よりも低い温度でも金属粒子2同士の結合が達成できる。この結果、微細線で長距離配線しても低抵抗の配線が可能となる。
By the way, 180 ° C. is a temperature lower than the melting point of gold constituting the
また、結合層21の厚さは、保護粒子1の粒子分散液5中の濃度を調整することにより、約2nm〜約100nm程度の範囲内で調整が可能である。
The thickness of the
結合層21のみで金属層20としてもよいが、必要に応じて、金属層20の層厚を結合層21よりも増大させてもよい。この実施形態では、図1(f)に示すように、結合層21をシード層とし、無電解めっき法もしくは電解めっき法により、この結合層21の上に厚さ400nm層厚増大用の金属めっき層22を積層させて金属層20としている。金属めっき層22としては、例えば、金よりも比抵抗の小さい銀、金−銀、金−銅等の合金により好適に形成することができる。
Although the
図2中のグラフ(a)は、TOABにより塩化金(III)酸イオンを水層からトルエン層に移層し、MUA存在下で、塩化金(III)酸イオンを水酸化ホウ酸ナトリウム水溶液で還元した後のFT−IR分析結果を示している。 The graph (a) in FIG. 2 shows that the chloroaurate (III) ion is transferred from the aqueous layer to the toluene layer by TOAB, and the chloroaurate (III) ion is transferred with an aqueous sodium hydroxide borate solution in the presence of MUA. 4 shows the results of FT-IR analysis after reduction.
波数(wave number)が1700cm−1付近にカルボキシル基に帰属する炭素と水素との二重結合の伸縮振動を示すバンド(stretching bands)が見られることから、水酸化ホウ素ナトリウム還元により、表面にカルボキシル基を有するMUA保護金ナノ粒子1が生成していることが確認された。 Since a band (stretching bands) showing a stretching vibration of a double bond of carbon and hydrogen belonging to a carboxyl group is observed at a wave number (wave number) of around 1700 cm −1 , the surface of the carboxyl is reduced by sodium borohydride reduction. It was confirmed that MUA-protected gold nanoparticles 1 having a group were generated.
図2中のグラフ(b)は、pH13のアルカリ水溶液中にMUA保護金ナノ粒子1を分散媒としてのアルカリ水溶液に分散させた後のFT−IR分析結果を示している。
The graph (b) in FIG. 2 shows the result of FT-IR analysis after dispersing the MUA-protected gold nanoparticles 1 in an alkaline aqueous solution of
この分析結果より、波数が1550cm−1及び1450cm−1付近にカルボン酸アニオンに帰属するCOO―の逆対称伸縮振動を示すバンド(asymmetric stretching band)及びCOO−の対称伸縮振動を示すバンド(symmetric stretching band)が夫々確認された。 From this analysis, the wave number is 1550 cm -1 and 1450 cm -1 attributable to a carboxylate anion near COO - antisymmetric stretching vibrations the band for the (asymmetric stretching band) and COO - band representing the symmetric stretching vibration of (symmetric stretching band) was confirmed respectively.
図2中のグラフ(c)は、MUA保護金ナノ粒子1を分散させたアルカリ水溶液に塩酸を滴下してMUA保護金ナノ粒子1を凝集させた後のFT−IR分析結果を示している。 The graph (c) in FIG. 2 shows an FT-IR analysis result after the MUA-protected gold nanoparticles 1 are dispersed and hydrochloric acid is dropped into an alkaline aqueous solution to aggregate the MUA-protected gold nanoparticles 1.
この分析結果より、図2中のグラフ(a)が示す結果と同様に、波数が1700cm−1付近にカルボキシル基に帰属する炭素と水素との二重結合の伸縮振動を示すバンドが確認された。 From this analysis result, a band showing a stretching vibration of a double bond of carbon and hydrogen belonging to a carboxyl group was confirmed at a wave number of about 1700 cm −1 , similarly to the result shown by the graph (a) in FIG. .
図2中グラフ(b)及びグラフ(c)示す分析結果は、MUA保護金ナノ粒子1が末端にカルボキシル基を有していることを示唆するものである。 The analysis results shown in graphs (b) and (c) in FIG. 2 indicate that the MUA-protected gold nanoparticles 1 have a carboxyl group at the terminal.
以上のように、この実施形態によれば、金属粒子2を結合させてなる結合層21を有する金属層20を選択的に形成することができる。したがって、金属材料の省資源化を達成しつつ金属層20を形成することができる。しかも、このように形成した金属層20を配線に適用することで、微細配線、低抵抗配線、長配線を達成できる。
As described above, according to this embodiment, the
また、基板10上の選択された領域を疎水性にする工程が、選択された領域以外の領域を親水性にする工程を含むようにすることで、選択された領域以外の領域には結合層21を有する金属層20を形成せずに、基板10上の選択された領域のみに選択的に結合層21を有する金属層20を形成することができる。
Also, the step of making the selected area on the
しかも、金属粒子2を結合させる工程が、選択された領域に設けられた疎水性の層(シランカップリング剤からなる疎水膜)11を除去する工程を含むので、疎水性の層を形成する物質が結合層21に残留するのを抑制できる。
In addition, since the step of bonding the
さらに、金属粒子2を結合させる工程が、金属粒子2を保護している有機物3(MUA)を除去する工程を含むので、有機物3が結合層に残留するのを抑制できる。
Further, since the step of bonding the
また、金属粒子2として、平均粒径が1nm〜100nmのいわゆるナノ粒子を用いているので、金属本来の融点よりもはるかに低い温度で金属粒子2を結合させることができる。
Since so-called nanoparticles having an average particle diameter of 1 nm to 100 nm are used as the
さらに、この実施形態では、結合層21をシード層として、この結合層21上に金属めっき層22を形成する工程を含んでいる。そのため、金よりも比抵抗の小さい銀、金−銀、金−銅等の合金からなる金属めっき層22を形成することで、金属層20の比抵抗率を低くすることができる。
Further, this embodiment includes a step of forming a
なお、金属粒子2を保護する有機物3は、チオール基から極性官能基(本実施形態ではカルボキシル基)までの炭素鎖の長さを自由に選定することができる。結合温度を低くする観点からは、炭素鎖は短い方が好ましい。最も炭素鎖が短いメルカプト酢酸や、メルカプトエタノールを用いてもよく、このように炭素鎖の短い有機物3を用いることで、結合温度を150℃程度にすることが可能である。もちろん、結合温度を低くする観点からは、紫外線照射による有機物分解を用いることも有効である。
In addition, the length of the carbon chain from the thiol group to the polar functional group (the carboxyl group in the present embodiment) can be freely selected for the
また、この実施形態では、金属粒子2として金を用いたが、Au、Ag、Pd、Pt、Ni、Co、Cu、Sn及びRuのうちの少なくとも1つの金属、これらの金属のうちの少なくとも1つの金属を含む合金、もしくはCu2Oを含む金属酸化物からなる粒子を用いることもできる。
In this embodiment, gold is used as the
ところで、ナノサイズの微粒子は表面が非常に活性で酸化されやすいため、保護粒子を例えばベンゾチアゾールとポリエチレングリコールを用いて作る場合に酸化されて、Cu2Oのような金属酸化物の微粒子になることがある。このような場合には、金属酸化物の微粒子の保護粒子を用いるとよい。この場合、水素を含む還元性雰囲気中で加熱処理を施してCu2Oを還元することによりCuからなる配線金属層を形成することができる。 By the way, since nano-sized fine particles have a very active surface and are easily oxidized, when the protective particles are made using, for example, benzothiazole and polyethylene glycol, they are oxidized into fine particles of a metal oxide such as Cu 2 O. Sometimes. In such a case, it is preferable to use protective particles of metal oxide particles. In this case, by performing a heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen to reduce Cu 2 O, a wiring metal layer made of Cu can be formed.
さらに、この実施形態では、選択された領域以外の領域を親水性にするための光源としてArFレーザ光を用いたが、この他にも、F2、KrF、XeCl等のエキシマレーザであってもよく、さらには、紫外線領域の波長光を照射する光源、或いは、真空紫外線領域の波長光を照射する光源を用いてもよい。 Further, in this embodiment, an ArF laser beam is used as a light source for making a region other than the selected region hydrophilic, but an excimer laser such as F 2 , KrF, or XeCl may be used. Further, a light source that emits light having a wavelength in the ultraviolet region or a light source that emits light having a wavelength in the vacuum ultraviolet region may be used.
また、金属層20の層厚を結合層21よりも増大させる場合、この実施形態では、結合層21をシード層として用いて無電解めっき法もしくは電解めっき法により金属めっき層22を形成することで実現しているが、図1(a)〜図1(e)の工程を繰り返すことで金属層20の層厚の増大させるようにしてもよい。
In the case where the thickness of the
さらに、基板10は、ガラスや酸化シリコンだけでなく、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂等、真空紫外線光又は紫外線光を照射して親水性の表面を形成することが可能な有機材料により形成することができる。このような有機材料からなる基板10を用いることで、シランカップリング剤からなる疎水膜11を形成する過程を省略することができる。また、疎水性の有機材料の上に親水性の絶縁膜等を形成して所望の配線パターンに相当する開口部を形成してもよい。
Further, the
以下、本発明に係る第2の実施形態を説明する。この実施形態では、金属層を多層配線に適用した例について説明する。 Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, an example in which a metal layer is applied to a multilayer wiring will be described.
まず、基体31、例えばガラス基体上に所定のパターンで親水性の第1の金属層32を形成しておく。第1の金属層32は、例えば、基体31上の全面にアルミニウムからなる層を300nm〜400nmの層厚で形成するとともに、これをパターニングすることで形成することができる。
First, a hydrophilic
なお、第1の金属層32は、第1の実施形態と同様にして形成することもできる。すなわち、基体31上の所定の領域に金からなる結合層を形成するとともに、その上に銅の金属めっき層を形成することで、総層厚が300nm〜400nmの第1の金属層32を形成してもよい。
Note that the
次に、基体31に、例えば、親水性の酸化シリコンからなる層間絶縁膜33を形成する。この層間絶縁膜33は、基体31に形成された第1の金属層32を覆うように設ける。そして、この層間絶縁膜33に、後述する第2の金属層40と第1の金属層32との電気的接触を形成するためのコンタクトホール34を形成する。
Next, an
すなわち、この実施形態では、基板30は、基体31、親水性の第1の金属層32、親水性の層間絶縁膜33、及びコンタクトホール34を有している。
That is, in this embodiment, the
その後、図1(a)〜図1(f)と同様の工程である図3(a)〜図3(f)の工程を実施する。つまり、第1の金属層32を露出させるコンタクトホール34の周辺に疎水膜11を形成して疎水性領域とする。そして、疎水性領域に粒子分散液5を設け、酸性溶液を付与することで保護粒子1を固定させるとともに、分散媒4を蒸発させて除去する。さらに、加熱処理し、金属粒子2同士を結合させるとともに金属粒子2を保護する有機物3及び疎水膜11を気化させて除去する。これにより、コンタクトホール34を介して第1の金属層32と電気的に接続する結合層41が形成される。なお、第1の金属層32と結合層41とのコンタクトを良好にするためには、5%程度の水素を添加した窒素雰囲気中で前記加熱処理を施すことが好ましい。さらに、金属めっき層42により結合層41の層厚を増大化させる。これにより、結合層41と金属めっき層42とを有する第2の金属層40が形成される。
Thereafter, the steps of FIGS. 3A to 3F, which are the same steps as those of FIGS. 1A to 1F, are performed. That is, the
以上のように、この実施形態によれば、金属層40を多層配線に適用することができる。
As described above, according to this embodiment, the
上記実施形態で説明した本発明の金属層は、例えば、表示装置が備える薄膜トランジスタの一部、複数の走査配線、複数の信号配線、複数の走査配線端子、複数の信号配線端子、及び複数の画素電極として適用することができる。 The metal layer of the present invention described in the above embodiment includes, for example, a part of a thin film transistor included in a display device, a plurality of scanning wirings, a plurality of signal wirings, a plurality of scanning wiring terminals, a plurality of signal wiring terminals, and a plurality of pixels. It can be applied as an electrode.
図4及び図5は、表示装置、例えばアクティブマトリックス型の液晶表示装置を示している。なお、図4及び図5では、補助容量を省略して示している。 4 and 5 show a display device, for example, an active matrix type liquid crystal display device. 4 and 5, the auxiliary capacitance is omitted.
液晶表示装置50は、図4及び図5に示すように、前後一対の透明基体51,52、液晶層53、画素電極54、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)55、走査配線56、信号配線57、接続端子としての走査配線端子58、接続端子としての信号配線端子59、及び対向電極60等を備えている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the liquid
一対の透明基体51,52としては、例えば一対のガラス基板を用いることができる。以下、透明基体51,52をガラス基板という。これらガラス基板51,52は、図示しない枠状のシール材を介して接合されている。液晶層53は、一対のガラス基板51,52の間のシール材により囲まれた領域に設けられている。
As the pair of
図5に示すように、一対のガラス基板51,52のうちの一方のガラス基板、例えば後側のガラス基板(アレイ基板)51の内面には、行方向および列方向にマトリックス状に設けられた複数の透明な画素電極54と、複数の画素電極54と夫々電気的に接続された複数のTFT55と、複数のTFT55と電気的に接続された走査配線56及び信号配線57と、ガラス基板(基体)51の一端縁部および一側縁部にそれぞれ形成された複数の走査配線端子58及び複数の信号配線端子59とが設けられている。
As shown in FIG. 5, on one of the pair of
走査配線56は、画素電極54の行に夫々沿わせて設けられている。これら走査配線56の一端は、後側のガラス基板(後側の基体)51の一側縁部に設けられた複数の走査配線端子58に夫々接続されている。複数の走査配線端子58は夫々走査回路(図示せず)に接続されている。
The scanning lines 56 are provided along the rows of the
一方、信号配線57は、画素電極54の列に夫々沿わせて設けられている。これら信号配線57の一端は、後側のガラス基板(後側の基体)51の一端縁部に設けられた複数の信号配線端子59に夫々接続されている。複数の信号配線端子59は夫々サンプルホールド回路(図示せず)に接続されている。
On the other hand, the
他方のガラス基板である前側のガラス基板(対向基板)52の内面には、複数の画素電極54に対向する一枚膜状の透明な対向電極60が設けられている。また、前側のガラス基板52の内面には、複数の画素電極54と対向電極60とが互いに対向する複数の画素部に対応させてカラーフィルタを設けるとともに、前記画素部の間の領域に対応させて遮光膜を設けてもよい。
On the inner surface of the front glass substrate (opposite substrate) 52 which is the other glass substrate, a single film-shaped transparent opposing
一対のガラス基板51,52の外側には、図示しない偏光板が設けられている。また、透過型の液晶表示装置50では、後側のガラス基板51の後側に図示しない面光源が設けられている。なお、液晶表示装置50は、反射型或いは半透過反射型としてもよい。
A polarizing plate (not shown) is provided outside the pair of
図5では、例えばボトムゲート型のTFT55を示している。なお、TFT55はボトムゲート型に限定されるものではなく、例えば、トップゲート型等としてもよい。
FIG. 5 shows, for example, a bottom
図5に示すように、本実施の形態の表示装置50が備えるTFT55では、前記実施の形態1で説明した金属層をゲート電極62に適用している。
As shown in FIG. 5, in the
同図に示すように、TFT55は、窒化シリコン膜からなる下地絶縁膜61を有するガラス基板51の上にゲート電極62を有している。すなわち、本実施形態では、窒化シリコン膜からなる下地絶縁膜61を有するガラス基板(基体)51が、第1及び第2の実施形態での基板10,30に相当する。このゲート電極62は、実施の形態1で説明したように、シードとなる結合層62aを形成後、無電解めっきにより金属めっき層62bを形成して層厚化した。
As shown in the figure, the
このゲート電極62の上にはゲート絶縁膜63が形成されている。また、ゲート絶縁膜63の上には、ゲート電極62の上方に位置して、チャネル部の非結晶シリコン膜(a−Si膜)64が形成され、そのa−Si膜64の上にはコンタクト層としてn+型a−Si膜65が形成されている。上記のa−Si膜64及びn+型a−Si膜65は半導体膜を形成している。また、a−Si膜64及びn+型a−Si膜65の上を覆うように、Alからなるソース電極66及びドレイン電極67が形成されている。そして、ゲート絶縁膜63の上にはITOからなる画素電極54が形成されており、この画素電極54はドレイン電極67に接続されている。また、ソース電極66及びドレイン電極67を覆うように窒化シリコンからなる絶縁保護膜68が設けられている。
On this
走査配線56は、対応するTFT55が備えるゲート電極62と一体に形成されている。また、信号配線57は、対応するTFT55が備えるソース電極66と電気的に接続している。
The
ゲート電極62となる金属層を銅(Cu)を含む金属層で形成した場合は、銅の不純物拡散を防止するために、例えば、図6で示すように、Co−W−Bのようなバリアメタル(金属拡散防止膜)62cを、ジメチルアミンボランを還元剤として用いた無電解めっき法で金属層表面のみに選択的に置換めっきすることが望ましい。なお、窒化シリコンからなる下地絶縁膜61も銅の不純物拡散防止に有効である。
When the metal layer serving as the
以上のように、この液晶表示装置50によれば、上述のようにすることで、ゲート電極62及びゲート電極62と一体に形成された走査配線56をガラス基板51の内面に選択的に設けることができる。したがって、液晶表示装置を安価に製造することができる。
As described above, according to the liquid
前記実施の形態では、本発明の金属層の形成方法及び金属層をゲート電極62及び走査配線56に適用した場合について説明したが、もちろん、信号配線57に用いてもよい。また、反射型液晶の場合にはITOのような透明電極ではなく反射性電極が必要であるために画素電極54に用いてもよい。更に、通常補助容量配線は走査配線56と同時に形成するために補助容量配線に用いてもよい。
In the above embodiment, the method of forming the metal layer of the present invention and the case where the metal layer is applied to the
前記実施の形態は、a−Si膜を用いたTFT55への適用例を説明したが、もちろん多結晶シリコン膜(p−Si膜) を用いたTFTに適用してもよい。また、前記の画素TFT55だけではなく、駆動回路のためのTFTや電位降下をできるだけ小さくするための駆動回路用の電源配線に適用することもできる。
In the above embodiment, an example of application to the
なお、第1及び第2の実施形態では、シランカップリング剤を光分解することにより親水性領域を形成するようにしているが、紫外線照射により疎水性の末端基が親水性基に変性するようなカップリング剤を用いてもよい。この場合、末端基を、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、又は、アミノカルボニル基等の極性基を生じさせることで親水性化させるようにしてもよい。 In the first and second embodiments, the hydrophilic region is formed by photolyzing the silane coupling agent. However, the hydrophobic terminal group is modified into a hydrophilic group by irradiation with ultraviolet light. A suitable coupling agent may be used. In this case, the terminal group may be made hydrophilic by generating a polar group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, or an aminocarbonyl group.
また、第1及び第2の実施形態では、基板10,30上に疎水膜11を形成し、疎水性領域以外の領域の疎水膜11を排除することにより選択的な疎水性領域の形成を実現しているが、選択的な疎水性領域の形成方法はこれに限定されない。
In the first and second embodiments, the
以下、本発明に係る第3の実施形態を図7(a)〜(f)を参照して説明する。この実施形態では、疎水性領域の形成手段として、図7(a)及び(b)に示すように、基板10上にシランカップリング剤の膜11を形成する代わりに、表面が疎水性となる有機樹脂層13を形成している。有機樹脂層13は、例えば、ポリイミド層等により形成することができる。また、親水性領域の形成手段として、膜11を選択的に除去する代わりに、有機樹脂層13上に親水性である無機絶縁膜14を形成している。無機絶縁膜14は、例えば、窒化シリコン膜等により形成することができる。そして、通常の薄膜製造プロセス(例えば、フォトエッチング処理)を用いて有機樹脂層13が選択された領域に露出するようなホール14aを形成している。
Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, instead of forming a
図7(c)〜(f)は、粒子分散液5を基板10上に設ける工程、保護粒子1の凝集及び分散媒4の除去工程、金属粒子2同士を結合させる工程、及び無電解めっきにより金属層20の層厚を増大させる工程を示している。これらの工程は、第1および第2の実施形態と同様に行う。
FIGS. 7C to 7F show a step of providing the
すなわち、この実施形態では、無機絶縁膜14のホール14a内に金属層20を形成することとなる。そのため、図7(f)に示すように、無電解めっき工程でのパターン幅(金属めっき層22のパターン幅)をホール14aで規定することができるという利点がある。なお、この実施形態を多層配線に適用してもよいことは言うまでもない。
That is, in this embodiment, the
この他にも、例えば、真空紫外線光又は紫外線光を照射して親水性の表面を形成することが可能な無機層或いは有機層を基板10,30上に形成することで、選択的な疎水性領域の形成を実現させてもよい。上述のような無機層としては、例えば、酸化チタン(TiO2)等の光照射で親水性化する酸化金属層が挙げられる。上述のような有機層としては、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
Alternatively, for example, by forming an inorganic layer or an organic layer capable of forming a hydrophilic surface by irradiating vacuum ultraviolet light or ultraviolet light on the
また、コロナ放電等の他の表面処理法で基板10,30上に親水性領域(基板上の選択された領域の少なくとも周りの領域)を形成するようにしてもよい。
Alternatively, hydrophilic regions (regions around at least the selected region on the substrate) may be formed on the
1…MUA保護金ナノ粒子(保護粒子)、2…金属粒子、3…有機物、4…分散媒、5…粒子分散液(分散液)、10,30…基板、11…膜(疎水性の層)、12…メタルフォトマスク(マスク)、20,40…金属層、21,41…結合層、22,42…金属めっき層、50…液晶表示装置(表示装置)、51,52…ガラス基板(基体)、54…画素電極、55…薄膜トランジスタ、56…走査配線、57…信号配線、58…走査配線端子(接続端子)、59…信号配線端子(接続端子)、62a…結合層、62b…金属めっき層 62c…バリアメタル(金属拡散防止膜)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MUA protection gold nanoparticle (protection particle), 2 ... metal particle, 3 ... organic substance, 4 ... dispersion medium, 5 ... particle dispersion liquid (dispersion liquid), 10, 30 ... substrate, 11 ... film (hydrophobic layer) ), 12: metal photomask (mask), 20, 40: metal layer, 21, 41: bonding layer, 22, 42: metal plating layer, 50: liquid crystal display device (display device), 51, 52: glass substrate ( 54) Pixel electrode, 55 ... Thin film transistor, 56 ... Scan wiring, 57 ... Signal wiring, 58 ... Scan wiring terminal (connection terminal), 59 ... Signal wiring terminal (connection terminal), 62a ... Coupling layer, 62b ...
Claims (17)
有機物で保護された金属又は金属酸化物の粒子を含む分散液を少なくとも前記基板上の疎水性の領域に付着させる工程と、
前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程とを具備してなることを特徴とする前記基板上の選択された領域への金属層の形成方法。 Providing a substrate having at least a selected region having hydrophobicity,
Attaching a dispersion containing particles of a metal or metal oxide protected by an organic substance to at least a hydrophobic region on the substrate;
Bonding the metal or metal oxide particles. A method for forming a metal layer on a selected region on the substrate.
前記基板上の選択された領域を疎水性にする工程と、
有機物で保護された金属又は金属酸化物の粒子を含む分散液を少なくとも前記基板上の疎水性の領域に付着させる工程と、
前記金属又は金属酸化物の粒子を結合させる工程とを具備してなることを特徴とする金属層の形成方法。 A method of forming a metal layer on a selected area on a substrate, comprising:
Making selected areas on the substrate hydrophobic,
Attaching a dispersion containing particles of a metal or metal oxide protected by an organic substance to at least a hydrophobic region on the substrate;
Bonding the metal or metal oxide particles.
前記薄膜トランジスタの電極、前記複数の走査配線、前記複数の信号配線、前記画素電極、及び前記複数の接続端子のうちの少なくとも1つが、金属もしくは金属酸化物の粒子の結合層を有する金属層により形成されていることを特徴とする表示装置。 A display device comprising: a plurality of thin film transistors provided in a matrix, a plurality of scanning wirings and a plurality of signal wirings for driving the thin film transistors, a plurality of pixel electrodes, and a plurality of connection terminals,
At least one of the electrode of the thin film transistor, the plurality of scanning wirings, the plurality of signal wirings, the pixel electrode, and the plurality of connection terminals is formed of a metal layer having a bonding layer of metal or metal oxide particles. A display device characterized by being performed.
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